La tecnología 5G permite la fabricación flexible

La fábrica de Siemens en Karlsruhe aplica el concepto de Industria 4.0 en un doble sentido. Por un lado, la fábrica produce una amplia variedad de componentes clave para los procesos de fabricación automatizados y digitalizados. Al mismo tiempo, la fábrica sigue el enfoque de “usamos lo que vendemos”. Los productos del porfolio de conectividad de Siemens se utilizan a diario en la producción, demostrando que las redes 5G industriales privadas permiten una mayor eficiencia y flexibilidad en los procesos.

La fabricación actual está sujeta a un entorno VUCA (Volatilidad, Incertidumbre, Complejidad y Ambigüedad). Esto se manifiesta en la disponibilidad de una gran cantidad de variantes de productos, tiempos de desarrollo más cortos y cantidades de pedidos fluctuantes. La creciente necesidad de variedad da como resultado lotes cada vez más pequeños. Al mismo tiempo, existe una demanda de productos personalizados de alta calidad al nivel de costes de una producción en masa. Cuanto más impredecible se vuelve el comportamiento del cliente y la cadena de suministro, más rápido deben reaccionar las fábricas. Las fluctuaciones impactan especialmente en la intralogística, haciendo necesarios flujos de trabajo ágiles. Como resultado, el flujo de información en tiempo real, la flexibilidad y la comunicación robusta y fiable se convierten en la pieza central de los procesos de producción modernos, todo ello es posible gracias a la tecnología de conectividad inalámbrica industrial aplicada en fábrica.

Creando innovación a través de la tecnología y el ser humano

La fábrica de Siemens está ubicada en el corazón de Siemens-Industriepark Karlsruhe, en Alemania. La fabricación comprende desde sistemas de automatización y control de procesos hasta componentes de red Ethernet industrial, dispositivos WLAN industriales, routers inalámbricos móviles y PC industriales; todos ellos de las familias de producto industrial SCALANCE y SIMATIC. El concepto de fabricación con su producción Matrix se basa en procesos de producción ágiles y digitales, habilitados por tecnologías de vanguardia. Sin embargo, el éxito de la fábrica no se basa únicamente en la tecnología. Su principal ventaja es la colaboración fluida entre las personas y las soluciones digitales. En 2022, la fábrica recibió el premio "Fábrica del año 2021” en Alemania. Una de las razones es la extraordinaria adaptabilidad y participación activa de todos los empleados en el proceso de transformación de la planta. Esto se ajusta perfectamente a la misión de la fábrica: "Nuestra fábrica digital se vuelve inteligente solo a través de las personas".

Lograr la flexibilidad de la intralogística mediante la implementación de 5G industrial

Una de las áreas de enfoque de la colaboración hombre-máquina en la fábrica de Karlsruhe es la intralogística. Por lo general, las lanzaderas, los AGV (vehículos guiados automatizados) o los robots móviles (AMR) proporcionan a los trabajadores exactamente las herramientas, las materias primas y los productos semiacabados necesarios, justo cuando los necesitan. Uno de los elementos centrales de la fábrica es la “producción matricial en flujo”, donde cada producto se puede producir en cualquier módulo. Para cada pedido, el sistema de gestión de producción elige de forma autónoma el siguiente módulo disponible, un concepto que ha demostrado su eficacia para evitar cuellos de botella, acelerar el rendimiento y aumentar la orientación al cliente.

Los “cobots” móviles (robots colaborativos), a los que se les asignan nombres familiares, respaldan la intralogística en la fábrica. Se comunican habitualmente de forma inalámbrica mediante tecnología Wi-Fi industrial. En consecuencia, utilizar también la tecnología 5G industrial para este propósito es un paso lógico que dar. El proceso de suministro se identificó como un área ideal para implementar aplicaciones impulsadas por 5G industrial en un entorno real complejo. En la fábrica, los robots móviles automatizados (AMR) cumplen su tarea en el taller trasladando componentes y productos semiacabados a su ubicación correspondiente. Se comunican en una red 5G industrial privada.

La fábrica actúa como pionera al incorporar una red 5G industrial privada en el trabajo diario: “Llevamos mucho tiempo produciendo soluciones industriales y sabemos lo que se necesita para el futuro de la industria. Las redes 5G industriales privadas son una parte esencial de esta historia”, afirma Stefan Förschner, Director de Operaciones de Fábrica. “Muchas empresas manufactureras consideran establecer este tipo de redes. En Siemens creemos en el nuevo estándar de comunicación y hemos apoyado su estandarización e implementación industrial mediante el desarrollo de un porfolio correspondiente. Aquí en la fábrica, ya producimos routers 5G de la familia SCALANCE y también usamos la infraestructura 5G privada en una etapa muy temprana”. añade Stefan Förschner.

“Nuestra red privada 5G nos permite operar sin problemas los AMR. La fábrica tiene requisitos extremos en términos de calidad y productividad. El uso de una red 5G industrial privada en condiciones tan exigentes es una excelente referencia en el camino hacia aplicaciones más amplias para diversas industrias. Y, por supuesto, estamos planeando expandir el número de nuestros AMR, que en el futuro funcionarán exclusivamente con tecnología 5G”, explica Uwe Bollinger, Director de Infraestructura y Seguridad de IT.

Trabajar con 5G industrial privado: ventajas de una red de campus

En la fábrica se ha desplegado una red 5G industrial privada. Dicha red se expande localmente en una ubicación definida y limitada. Es operada por el usuario con una infraestructura 5G propia y funciona con una frecuencia privada. La fábrica utiliza el espectro 5G privado en la banda de 3,7-3,8 GHz que introdujo el gobierno alemán como frecuencias de autoprestación.

La infraestructura 5G privada en la fábrica consta de un Core 5G industrial y una red de acceso por radio (RAN). Se ejecutan en dos PC industriales de Siemens en una sala de servidores cerca del taller. Un SIMATIC IPC aloja el 5G Core que administra toda la red 5G, incluida la RAN. La RAN está alojada en el segundo SIMATIC IPC y consta de una Unidad Central (CU) basada en software que administra la red inalámbrica y la Unidad Distribuida (DU) que traduce Ethernet en señales de radio digital. Finalmente, las Unidades de Radio (RU), que también forman parte de la RAN, hacen que la señal de radio esté disponible en todo el taller. Se conectan a la DU mediante fibra óptica y se montan en el techo del área de producción. De este modo garantizan la transmisión y distribución uniformes de la señal 5G en el taller. Cada AMR está equipado con un router 5G de Siemens, un SCALANCE MUM856-1, que lo conecta a la red 5G. Se eligió el dispositivo porque ofrece una clase de protección de IP65 y se puede montar directamente en el AMR sin necesidad de instalar run armario de control adicional.

“Nuestra red 5G industrial con nuestra frecuencia privada nos brinda la posibilidad de operar sin problemas los AMR y sin sufrir interferencias de otros usuarios. Podemos asegurar que las aplicaciones de misión crítica o relevantes para la seguridad se ejecutan sin problemas”, dice Uwe Bollinger.

Siemens está desarrollando un ecosistema 5G industrial privado completo que consta de una infraestructura 5G privada y dispositivos finales. La aplicación en la fábrica es una primera prueba de la solución en una planta de producción real. “Y funciona muy bien”, dice Stefan Förschner.

Las empresas manufactureras se beneficiarán de la tecnología 5G industrial en una amplia gama de áreas. Con sus características, esta tecnología cambiará la manera en que las empresas toman sus decisiones, fabrican sus productos y mantienen sus fábricas. Gracias a la tecnología 5G industrial, las empresas aumentarán aún más su eficiencia y productividad, como ha demostrado la aplicación real en la fábrica de Siemens en Karlsruhe.

Aspectos destacados de la solución:

• Mayor eficiencia y productividad
• Buen funcionamiento de los AMR sin interferencias de otros usuarios
• Las aplicaciones de misión crítica o relevantes para la seguridad se ejecutan sin problemas
• Una red 5G segura y estable que maneja el alto flujo de información y ofrece una rápida adaptabilidad
• Un flujo de trabajo ágil que cierra la brecha entre tiempos de entrega impredecibles y demandas de clientes de ciclo corto
• La solución completa de un solo proveedor: infraestructura 5G privada, equipos de usuario y dispositivos finales

La fábrica de Siemens en Karlsruhe actúa como pionero por:

• Demostrar cómo 5G aumenta la eficiencia y la productividad de la fabricación,
• Ofrecer a los futuros usuarios de 5G industrial una solución probada en la práctica,
• Impulsando un mayor desarrollo y optimización de 5G industrial,
• Mostrar cómo las empresas manufactureras pueden fortalecer la producción competitiva incluso en países con salarios altos.

Diferencia entre red 5G privada y pública

Una infraestructura 5G se puede implementar en redes públicas o privadas. Las redes públicas 5G están a cargo de operadores de redes móviles (MNO) y, por lo general, se enfocan en proporcionar un alto ancho de banda a una gran cantidad de participantes, por ejemplo teléfonos inteligentes. Las redes privadas 5G, las llamadas redes de campus, se ejecutan localmente en una ubicación definida, por ejemplo una fábrica. Son operados por los propios usuarios en una frecuencia 5G privada utilizando una infraestructura 5G privada propia. Los usuarios pueden adaptar las redes para optimizar exactamente la tecnología a sus aplicaciones en lo que respecta al comportamiento en tiempo real, la fiabilidad o el ancho de banda necesario.

José Luis Doñoro Ayuso

Responsable de porfolio de conectividad 

en Siemens Digital Industries

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Este artículo aparece publicado en el nº 547 de Automática e Instrumentación págs. 52 a 54.