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Tecnologías / Metal

Modelado y puesta en servicio virtual de sistemas de fabricación

13/01/2020

La inversión en nuevas tecnologías, la digitalización y su flexibilidad para adaptar las soluciones a los requisitos de los clientes son clave para lograr este éxito. Sin embargo, la industria se está volviendo cada vez más competitiva y es crucial invertir más en la investigación de tecnologías innovadoras, como los gemelos digitales, para superar los límites reales de las máquinas 4.0 y las células de fabricación flexibles integradas con las soluciones de TI a nivel de planta. Las tareas de integración horizontal y vertical son cada vez más complejas, y la flexibilidad requiere nuevas tecnologías de automatización.

El trabajo que se está desarrollando en el centro tecnológico IDEKO en esta línea, está orientado a investigar y desarrollar gemelos digitales o modelos de representación virtual para máquinas y celdas de producción con el objetivo de comisionar más rápido, antes y con mayor calidad. Y para usar esos modelos de desarrollo para la optimización y la evaluación del rendimiento a nivel celular.
Las condiciones del negocio están variando y conceptos como el Digital Twin y Virtual Commissioning suenan en el ámbito de la fabricación, englobando a muchos de los sectores entre los que está la máquina-herramienta.
Los modelos de negocio están rotando hacia un modelo de producto y servicio en el que el uso de las herramientas digitales se hace indispensable para poder satisfacer las necesidades de sus clientes en parámetros de coste-rentabilidad adecuados reduciendo el riesgo y tiempo de ejecución de las nuevas inversiones. En esta visión, la digitalización está integrada en el propio desarrollo de sus productos, con objeto de ofrecer la ingeniería y soluciones más ajustadas, así como en las otras fases del ciclo de vida de estas máquinas y líneas productivas.
En este contexto, los desarrollos en la digitalización de las empresas fabricantes de productos se centran en desarrollar analizar y validar el concepto de gemelos digitales y Virtual Commissioning o Puesta en Marcha Virtual y los beneficios derivados de su aplicación en sistemas productivos, sin que para ello sea necesario disponer de los propios equipos físicos. Lo que permitirá eliminar la necesidad de realizar prototipos, reducir la cantidad de tiempo necesario para el desarrollo, mejorar la calidad de las máquinas, y una adecuación más rápida en respuesta a los cambios de especificaciones de los clientes.
El llamado “gemelo digital” es un modelo virtual de un proceso o producto que reproduce digitalmente con la máxima precisión el comportamiento y el rendimiento de la versión real a la que está vinculado. Los gemelos digitales se pueden aplicar a nivel de máquinas y células de fabricación compuestas por más de una máquina para resolver problemas específicos de los fabricantes de las máquinas y los usuarios finales. Es necesario la planificación de acciones concretas para identificar el impacto del uso de gemelos digitales durante el ciclo de vida completo de una máquina.
La simulación se ha utilizado tradicionalmente para el diseño de nuevos productos en disciplinas de ingeniería aisladas, eliminando la necesidad de construir múltiples prototipos antes del lanzamiento del producto, por ejemplo, la simulación por elementos finitos. Hoy en día, las nuevas herramientas de ingeniería ofrecen la posibilidad de integrar y probar enfoques interdisciplinares que combinan diseños eléctricos, mecánicos, de fluidos y software y completan los modelos digitales mencionados anteriormente.
Otro problema a tener en cuenta es el de la interoperabilidad que surge durante la creación de los gemelos digitales de las máquinas. Una máquina es una entidad mecatrónica compleja, y su gemelo digital también es complejo. Al igual que la máquina real, el gemelo digital necesita ser segmentado en módulos (una imagen virtual del equipo CNC, y una imagen virtual de la mecánica...). Al mismo tiempo, hay que evaluar la interoperabilidad entre las herramientas de ingeniería y las plataformas de colaboración con el objetivo de optimizar el "proceso de cumplimiento de pedidos de máquinas-herramienta", teniendo en cuenta que los gemelos digitales deben construirse con una cantidad limitada de esfuerzo adicional.

Necesidad tecnológica del proyecto: Antecedentes
Una de las principales tendencias tecnológicas remarcada durante los últimos años por diversas consultoras es la creación de gemelos digitales, un concepto al que en ocasiones también se refieren por su nombre en inglés: “Digital twins”. A grandes rasgos, la apuesta por esta tecnología no es más que la generación de una réplica virtual de un producto, servicio o proceso que simula el comportamiento de su homólogo físico, con el objetivo de monitorizarlo, analizar su reacción ante determinadas situaciones y mejorar su rendimiento y eficacia.
Por lo tanto, la puesta en marcha de un gemelo digital se concreta en un sistema u objeto real cuya estructura y la información que maneja cuenta con una copia virtual donde es posible experimentar sin correr riesgos, algo muy beneficioso para los procesos de fabricación. De hecho, Gartner predice que en 2021 la mitad de las compañías industriales usará gemelos digitales, lo cual les ayudará a aumentar su eficacia en un 10%.
 

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