La Fábrica Digital impulsa el futuro del diseño y la fabricación de productos. Por Magnus Edholm, director de marketing para la Fábrica Digital, Siemens Digital Industries.
Las empresas de cualquier tamaño y sector se enfrentan a un futuro de perturbaciones, incertidumbre y desafíos. La complejidad de los productos crece rápidamente debido a la mayor demanda de conectividad, personalización e inteligencia integrada. La sostenibilidad es una preocupación primordial para las empresas de todo el mundo. A medida que entran en vigor nuevas normativas y las empresas tratan de reducir su impacto medioambiental.
Estas tendencias conllevan implicaciones en todo el ciclo de vida del producto y la producción. Asimismo, impulsarán cambios en la forma en que las empresas diseñan, prueban, fabrican y reciclan los productos del futuro.
Entonces, ¿cómo superan las empresas estos retos y se preparan para el futuro de unas industrias más ágiles, inteligentes y sostenibles? La respuesta está en la transformación digital. Mediante la transformación digital, las empresas pueden combinar los mundos real y digital, gestionando los ciclos de vida de los productos y la producción tanto en el mundo real como en el virtual.
De este modo, las empresas pueden convertirse en empresas digitales. Capaces de recopilar e intercambiar datos e información rápidamente entre el desarrollo, las pruebas, el mantenimiento y el funcionamiento de los productos y la producción.
Esta capacidad de recopilar, comprender y utilizar datos en toda la organización es lo que define a la Fábrica Digital. Les da la capacidad de reaccionar rápidamente a las demandas del mercado, desarrollar productos y soluciones de producción innovadores, superar la complejidad y ser más sostenibles en el proceso.
La Fábrica Digital en práctica
Para demostrar cómo puede funcionar esto en la práctica, actualmente existe un portador de tecnología, un pequeño y ligero roadster totalmente eléctrico, llamado SimRod.
Sin embargo, el SimRod es algo más que un pequeño roadster; valida y demuestra las capacidades de la Fábrica Digital. Utilizando el software de ingeniería de vanguardia y la tecnología de automatización que se encuentran en Siemens Xcelerator.
El SimRod, por tanto, actúa como representante de cualquier producto moderno y de los procesos de producción implicados. Al observar el SimRod, podemos entender cómo convertirse en una empresa digital puede capacitar a las empresas para construir los productos del futuro.
Aprovechando el Gemelo Digital para diseñar un roadster totalmente eléctrico
Un Vehículo Eléctrico (VE) moderno debe ser capaz de recorrer varios cientos de kilómetros entre recargas, sin dejar de ser divertido y atractivo de conducir. El roadster eléctrico también debe ser eficiente desde el punto de vista energético y estar construido de forma sostenible.
Con estas características clave en mente, podemos empezar a diseñar, probar y mejorar el SimRod. En un ciclo de desarrollo tradicional, esto implicaría un largo proceso de diseño del vehículo antes de producir varios modelos físicos y prototipos para probar el diseño. Los resultados de estas pruebas en el mundo real impulsan los ciclos de rediseño y optimización. Antes de crear otra ronda de modelos físicos y prototipos para las pruebas.
La Fábrica Digital puede fusionar el mundo real y el virtual a través del Gemelo Digital del vehículo. Para realizar la misma tarea mucho más rápido y con menos prototipos, reduciendo los recursos utilizados durante las pruebas. A medida que los diseñadores perfeccionan y maduran el Gemelo Digital del producto (el SimRod en este caso). Otros equipos de ingeniería pueden aprovechar este Gemelo Digital en diversos entornos de simulación para probar y mejorar todos los aspectos del vehículo:
sistemas mecánicos
sistemas eléctricos y electrónicos
software
chasis y manejo
cadena cinemática
conducción autónoma
Para un VE moderno, esto permite a los equipos de diseño e ingeniería no sólo acelerar sus procesos de diseño. Sino también verificar, validar y optimizar estos diseños, todo ello en el ámbito digital.
Fusión del mundo real y el virtual a través de los datos
En última instancia, siguen siendo necesarias algunas pruebas en el mundo real para lograr la verificación y validación finales de la funcionalidad, el rendimiento y las características de conducción del SimRod.
Aunque estas pruebas se realicen en el mundo real, el Gemelo Digital sigue desempeñando un papel importante. El SimRod está equipado con docenas de sensores que recogen datos de todos los sistemas del vehículo durante las sesiones de prueba. Al integrar estos datos en el gemelo digital del vehículo, los ingenieros pueden identificar oportunidades de optimización y desarrollar soluciones rápidamente. Recopilando, comprendiendo y utilizando los datos para una optimización continua.
De hecho, un trayecto corto por una carretera adoquinada a las afueras de Lovaina, en Bélgica, reveló una oportunidad de este tipo en el SimRod. Los datos recogidos durante el trayecto indicaban que el pivote de dirección, que transmite los movimientos del volante a la rueda delantera del vehículo. Podía aligerarse sin perder rigidez ni resistencia estructural.
Para desarrollar un nudillo de dirección más ligero, ingenieros de Siemens escanearon la pieza original. Igualmente, utilizaron el diseño generativo para optimizar la topología del nudillo de dirección. Lo que dio como resultado una pieza que pesaba un 30% menos que la original, manteniendo su resistencia. El nuevo diseño también se probó utilizando los datos recogidos previamente en la carretera adoquinada de Lovaina.
La Empresa Digital en producción
Con un diseño actualizado para el nudillo de dirección del SimRod, ha llegado el momento de considerar los métodos y tecnologías de producción. Las cuales permitirán hacer realidad esta pieza.
Debido a su compleja geometría “orgánica”, la fabricación aditiva puede utilizarse para crear el nudillo de dirección optimizado.
En este caso, el Gemelo Digital del producto (el nudillo de dirección) puede facilitar directamente el proceso de impresión. La geometría del componente puede validarse mediante simulaciones avanzadas de materiales. Y prepararse para el proceso de impresión definiendo la orientación de la impresión y las estructuras de soporte. Así como las simulaciones de corte, sombreado e impresión.
Estas soluciones pueden incluso realizar el postproceso y la inspección del componente virtual para verificar el diseño del componente y el proceso de fabricación.
Una vez realizada, la tecnología de fabricación de piezas con software CAD/CAM y CNC puede utilizarse para definir la estrategia de fabricación. Y generar el código para cortar el material sobrante y preparar la pieza para el montaje.
El entorno de planificación de la fabricación también permite a los diseñadores de producción comprobar el flujo de material en toda la instalación. Realizar la programación offline de manipuladores robóticos e incluso diseñar y verificar los procesos que realizarán seres humanos, garantizando una ergonomía y seguridad adecuadas.
Estas capacidades también pueden ayudar a las instalaciones de producción a ser más flexibles y automatizadas. Lo que les permite responder rápidamente a las condiciones dinámicas del mercado y aumentar la escalabilidad del sistema de producción global. Teniendo en cuenta el ritmo de producción, los planificadores pueden identificar ubicaciones de entrega de materiales y revisar rutas y pasillos de entrega. Así como simular vehículos de guiado automático (AGV como sus siglas lo indican en inglés). En el contexto de la distribución de la fábrica para garantizar una funcionalidad adecuada.
Los ingenieros pueden incluso poner en marcha virtualmente la lógica de control de los sistemas automatizados basándose en las simulaciones. Esto permite a los ingenieros asegurarse de que el material se entrega donde se necesita y cuando se necesita para evitar retrasos en la producción.
Mejorar las comunicaciones en toda la empresa
SimRod demuestra cómo las empresas que se han convertido en Fábricas Digitales pueden diseñar, probar, mejorar y producir un producto moderno. Además de esta historia horizontal, desde el diseño hasta la producción, también hay beneficios en la dirección vertical, desde la planta superior hasta el taller.
A través del Gemelo Digital del producto y la producción, una Fábrica Digital moderna puede recopilar y sintetizar datos de todo el ciclo de vida del producto y la producción. De este modo se consigue una mayor transparencia, capacidad de seguimiento y posibilidad de crear un bucle cerrado de desarrollo, producción y optimización del producto.
En última instancia, la mejora de las comunicaciones puede ayudar a captar y medir algo más que los datos sobre los productos o la producción. Lo que puede dar lugar a una comprensión más holística del entorno de producción. Se puede hacer un seguimiento del consumo de energía, las emisiones, el uso de materiales y el consumo de materias primas (como el agua). Generando inteligencia colectiva sobre el rendimiento de sostenibilidad de una instalación. Una vez identificados los procesos ineficaces, pueden mejorarse para reducir el impacto ambiental de nuestros ecosistemas de producción.
A medida que avanzamos hacia el futuro, las empresas que puedan estar más conectadas y ser más ágiles e innovadoras destacarán sobre la competencia. Dados los retos del mañana, la mejor manera de hacerlo es mediante la transformación digital de toda la fábrica. Desde el desarrollo de productos hasta la producción y desde la planta superior hasta la planta de producción.
