El futuro de la producción industrial está significativamente influenciado estos días por el concepto de “Industria 4.0”. Por esta razón, el campo de la tecnología de medición para la fabricación industrial también debe abordar este concepto al pensar en las tendencias y desafíos futuros en metrología.
La “Industria 4.0” representa una iniciativa para el futuro desarrollo de la producción industrial. Este término se entiende comúnmente como la vinculación de la industria productiva y la tecnología de la información, así como todas las actividades asociadas. El término Industria 4.0 aquí representa una variedad de cambios técnicos y organizativos importantes provocados por la creciente conexión en red de humanos y máquinas. Por lo tanto, maximizar la productividad de la colaboración es un objetivo importante.
Uno de los objetivos principales de vincular la industria de fabricación y la tecnología de la información es hacer que la producción sea más flexible. Esta flexibilidad es necesaria como un medio para contrarrestar económicamente la demanda de productos personalizados a medida que la demanda fluctúa y el tamaño de los lotes disminuye. Esta demanda también se identificó como una tendencia importante en el futuro de la metrología de fabricación.
Los productos individualizados requieren un ajuste correspondiente de los procesos, lo que significa que las instalaciones de producción se reconfiguran con frecuencia y son necesarios cambios asociados en las operaciones de control de producción. Estos cambios deben implementarse de manera eficiente para que las empresas puedan sobrevivir permanentemente en el mercado. La base para esto es capturar el estado actual del sistema y adaptarlo (automáticamente, si es posible) a un nuevo plan que tenga en cuenta los requisitos modificados. Esto corresponde a la imagen del mundo real y su vínculo con un modelo de planificación virtual. La tecnología de medición juega un papel esencial en la captura del mundo real.
Los datos recopilados constituyen un componente central de los sistemas de producción ciberfísicos (CPPS) que tienen como objetivo eliminar las limitaciones de productividad actuales de los procesos de fabricación establecidos y cumplir con los requisitos de fabricación y capacidad de conexión en red.
Sistemas de producción ciberfísica (CPPS) y tecnología de medición
Un CPS es un sistema que vincula objetos y procesos reales (físicos) con objetos y procesos de procesamiento de información (virtuales) a través de redes de información abiertas, parcialmente globales, que pueden conectarse entre sí en cualquier momento.
Los CPPS son CPS integrados en producción con software integrado que pueden capturar y evaluar datos en tiempo real y, sobre esta base, intervenir selectivamente en los procesos. Aquí, los CPPS tienen en cuenta el producto, la producción y el sistema de producción e interactúan, tanto con el mundo físico como con el digital a través de interfaces multimodales. Las grandes cantidades de datos disponibles de este modo no solo constituyen un gran potencial de la cuarta revolución industrial, sino que también constituyen un desafío. Bajo el concepto Industria 4.0, la racionalidad de la vinculación de grandes cantidades de datos es una condición básica para generar o mejorar el conocimiento del proceso y, a partir de él, para poder asegurar un control óptimo de los procesos.
En este contexto, los modelos son fundamentales para mapear virtualmente los procesos y componentes físicos y también su interacción con la CPS. Por un lado, estos modelos deben describir los procesos y componentes reales con tanta precisión que proporcionen una imagen adecuada de las funciones del sistema para su planificación y control. Por otro lado, la complejidad debe limitarse para permitir que el modelo no solo se cree a un costo razonable, sino que también sea administrado por la tecnología de la información.
Los sensores, que a menudo tienen una función de medición, se utilizan para vincular los mundos virtual y real. El estado actual se transfiere al "mundo cibernético" como datos reales para derivar información del proceso, recopilarla en bases de datos y utilizarla como base para los modelos que se pueden adaptar (idealmente mediante auto-optimización) a las situaciones reales. Este concepto forma la base para describir incluso interacciones complejas y así prevenir desviaciones del proceso o permitir una respuesta en tiempo real. Los sistemas de sensores adecuados suministran así la información necesaria del mundo real para planificar y controlar el proceso en el mundo virtual con la ayuda del modelo. La integración de la tecnología de sensores y medición es, por tanto, un elemento clave en el éxito de los CPPS, incluso para procesos de producción complejos. Un desafío es recopilar los datos de medición "correctos" en el lugar "correcto" y en el momento "correcto". Sin embargo, incluso la forma en que se manejan los datos recopilados tiene una influencia decisiva en la calidad de la información obtenida. Una interpretación correcta de los datos medidos se vuelve cada vez más importante en la producción en red y máximamente automatizada. El sistema también debe poder reaccionar de manera robusta a datos redundantes y conflictivos.
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