Digitalización de sistemas productivos

“La digitalización está alterando lo existente”.

La correlación, así como las transformaciones resultantes de los modelos de negocio y los riesgos asociados, deben verse de manera altamente diferenciada.

El sector de la ingeniería mecánica en particular, que presenta su estructura típica de pymes y "campeones ocultos", se encuentra en una muy buena posición en todo el mundo para percibir la digitalización no como una amenaza sino como una oportunidad para expandir los modelos comerciales existentes y, a largo plazo, para abrir nuevos mercados aprovechando las nuevas tecnologías.

En última instancia, está claro para todos los actores empresariales que la digitalización garantizará la competitividad a largo plazo de los fabricantes de equipos originales en el sector de la ingeniería mecánica y de plantas.

¿Qué argumentos apoyan tal punto de vista?

1. La digitalización solo se puede dominar con éxito en muchos pasos individuales. Para los involucrados, esto no puede tratarse de funcionalidades generales que abarquen todo, como se describe en los términos "IIoT", "Industria 4.0", "Ingeniería digital" y similares.

Es más, se trata de enfoques concretos que se pueden utilizar para mejorar la eficiencia y la rentabilidad de las máquinas a lo largo de todo el "ciclo de vida" con la menor cantidad de insumos y esfuerzos posibles.

Y debido a que la automatización en la ingeniería mecánica ha sido impulsada principalmente por la digitalización durante décadas, son principalmente los OEM los que pueden implementar con éxito estos enfoques en función de sus competencias centrales.

¡Solo los fabricantes de equipos originales pueden implementar medidas específicas que combinen las funciones y los sistemas existentes con las nuevas tecnologías de control y transmisión de datos más prometedoras! [2]

2. La digitalización en la industria se menciona a menudo junto con la palabra clave "Industria 4.0", un término que representa la cuarta revolución industrial: en consecuencia, el potencial disruptivo de los desarrollos técnicos actuales se equipara con los efectos del uso industrial de las máquinas de vapor, la electricidad. y computadoras.

Los jugadores exitosos como Amazon, Microsoft y Google a menudo se citan como ejemplos destacados de las fuerzas del cambio. En el caso de la industria de ingeniería mecánica y de plantas de tamaño mediano, por otro lado, estos desarrollos aparecen, al menos en parte, como una amenaza. Los protagonistas de la digitalización se esfuerzan por mitigar esto.

Hans Beckhoff, fundador y director ejecutivo de Beckhoff Automation, explicó muy acertadamente durante un evento de IHK en 2017 que estos cambios representan oportunidades para la fabricación industrial y que la velocidad de la agitación es más lenta de lo que se suponía inicialmente: "Desde la perspectiva actual, la introducción de la máquina de vapor parece una revolución.

Sin embargo, en ese momento, su uso en la industria tardó más de medio siglo en producir cambios sustanciales ". De manera similar, afirmó, se debe considerar el impacto de la digitalización para la producción industrial en la actualidad, que está desencadenando un desarrollo evolutivo en todos los niveles y en todos los procesos.

Al mismo tiempo, Beckhoff también enfatiza que esta comprensión de ninguna manera garantiza que uno deba sentarse y no hacer nada. Según Beckhoff, son precisamente los valientes protagonistas quienes serán recompensados si desarrollan creativamente nuevos modelos de negocio para los sistemas de producción.

HARTING ha analizado las estrategias de implementación de sus clientes y puede confirmar decididamente las tesis de Beckhoff. En consecuencia, para lograr un éxito sostenible con los proyectos de digitalización, es sobre todo recomendable no querer lograr todo de inmediato [3].

Ya sea que el desarrollo sea revolucionario o evolutivo: todas las partes involucradas están de acuerdo en que los datos forman la base de procesos más racionales y, de hecho, de todos los tipos de datos.

El eslogan "¡Los datos son el nuevo petróleo!" originalmente se refería a "Big Data" o al almacenamiento y disponibilidad de datos del consumidor. Pero esta caracterización ciertamente también se puede aplicar a los datos en el ámbito industrial. Sin embargo, para quedarnos con la metáfora, este "nuevo petróleo" todavía requiere "oleoductos" en funcionamiento y otros elementos estructurales.

En consecuencia, "Los datos son el nuevo aceite" no menos describe la situación actual de muchos fabricantes de máquinas e instalaciones que están en el proceso de revisar la generación, procesamiento y transmisión de datos para sus productos.

La "vista de datos" de los sistemas de producción de los fabricantes de equipos originales en la actualidad se puede resumir de la siguiente manera:

- Los OEM son expertos en muchos datos tecnológicos existentes relacionados con la máquina, así como en el uso de estos datos en funciones intrínsecas de la máquina y en funciones de automatización avanzadas.

- El mayor uso de la "inteligencia interna" de los componentes de automatización, como unidades, sensores inteligentes, actuadores o sistemas HMI con todas las transiciones de datos asociadas, también forma parte del conjunto de herramientas estándar de un OEM en la actualidad.

- Además, comprende todas las capas de transferencia de datos posibles en el nivel de la máquina interconectada o las líneas de producción que utilizan modelos de origen, máquina, usuario y proceso de datos conocidos, que también se consideran conocimientos técnicos patentados.

- Sin embargo: en términos de digitalización, no todas las estructuras de datos y capas de transmisión antes mencionadas que forman parte de los sistemas de control y automatización deben simplemente "descartarse" y reemplazarse por otras nuevas. Esto se debe al hecho de que casi toda la funcionalidad de los sistemas de producción modernos se basa en software e interfaces específicas adecuadas; estas funcionalidades se han desarrollado con una enorme cantidad de material y esfuerzo de ingeniería.

En consecuencia, una conclusión inicial es la siguiente: para impulsar la digitalización con el menor esfuerzo e insumos posibles y hacer frente al aumento de los volúmenes de datos asociados, los fabricantes de máquinas e instalaciones deben poder seguir utilizando las estructuras de datos e interfaces existentes.

En el sentido de la analogía de "los datos son el nuevo petróleo", las "estructuras de oleoductos" probadas y suficientemente funcionales deben seguir utilizándose y ampliándose para incluir nuevos "oleoductos".

De esta forma, las empresas conseguirán mejorar su competitividad y ganar nuevas cuotas de mercado en su propio segmento de negocio o en otros campos de la tecnología de producción.

Para decirlo en términos de tecnología de control para sistemas industriales: un OEM activo en ingeniería mecánica necesita sus comprobados buses de campo e interfaces para una digitalización evolutiva.

Al mismo tiempo, las interfaces físicas adecuadas son ventajosas para la expansión de nuevos sistemas y servicios en las áreas periféricas, así como para la conexión más fluida posible con el mundo de "Big Data". Los jugadores que dominen ambas disciplinas estarán mejor equipados para satisfacer los crecientes y, en algunos casos, los requisitos futuros aún desconocidos de los usuarios de máquinas.

Los requisitos que marcan tendencias para los desarrollos relacionados con la digitalización que se describen en la siguiente sección se basan en la experiencia del Grupo de Tecnología HARTING.

La empresa ofrece soluciones para todo tipo de interfaces de datos de tecnología moderna de accionamiento, control, HMI y comunicación en sistemas de producción de ingeniería mecánica. HARTING también es pionera en muchos desarrollos innovadores para la transmisión de señales y potencia en el ámbito industrial. En el campo de Ethernet industrial,

HARTING está desempeñando un papel clave en la configuración y el diseño de varios estándares en la capa física: por ejemplo, la empresa participa activamente en soluciones para la denominada tecnología SPE (Single Pair Ethernet). Ethernet de un solo par.

Décadas de experiencia en el campo de las interfaces para la automatización de fábricas, combinadas con la experiencia de un creador de tendencias en las últimas tecnologías de transmisión de datos (incluido el mundo "Big Data"), hacen posible, desde el punto de vista de HARTING, encontrar siempre soluciones óptimas en la capa física para todos y cada uno de los diseños de interfaz específicos.

Con la ayuda de las interfaces adecuadas, los OEM pueden impulsar de manera decisiva la migración hacia la digitalización, que es tan vital para ellos. En cada solución aquí, la aplicación respectiva con sus condiciones mecánicas, ambientales y EMC y otros requisitos deben seguir siendo líderes.

"¿Cuál es la forma más sencilla y eficaz de diseñar interfaces de transmisión de datos en sistemas de producción, en todos los niveles imaginables de la fábrica y hasta la 'nube'?"

Esta pregunta a menudo causa dolores de cabeza en los departamentos de I + D e ingeniería de la construcción de maquinaria. empresas que quieran modelar y diseñar de forma progresiva aspectos concretos de la digitalización real en sus proyectos. Los requisitos que deben cumplirse son los siguientes:

- Todos los tipos de interfaces de datos deben ser implementables, tanto las innovaciones bien probadas como las actuales.

- La gama de interfaces debe ser escalable, es decir, se puede diseñar el mismo tipo de interfaz en la versión normativa requerida, clase de protección IP o para las condiciones ambientales requeridas (EMC, resistencia a la suciedad, radiación UV, tensiones mecánicas como golpes y vibraciones o los requisitos de higiene)

- Con respecto a las transiciones entre sitios o secciones, debe ser posible utilizar interfaces que funcionen de manera confiable y se ajusten a los estándares.

- Deben estar disponibles variantes de producto que estén diseñadas para diferentes procesos de fabricación y ensamblaje en el OEM, por ejemplo, para ensamblaje sin herramientas si se requiere flexibilidad, o para ensamblaje automático en el caso de que se deban fabricar cantidades mayores en relación con un alto nivel de confiabilidad del proceso

- Las interfaces de datos deben ser combinables entre sí y deben poder colocarse con otras interfaces de señal y potencia en un gabinete o incluso juntas en un aislante para ahorrar espacio y costos y simplificar los procesos.

"¿Cuál es la forma más sencilla y eficaz de diseñar interfaces de transmisión de datos en sistemas de producción, en todos los niveles imaginables de la fábrica y hasta la 'nube'?" Esta pregunta a menudo causa dolores de cabeza en los departamentos de I + D e ingeniería de la construcción de maquinaria. empresas que quieran modelar y diseñar de forma progresiva aspectos concretos de la digitalización real en sus proyectos. Los requisitos que deben cumplirse son los siguientes:

- Todos los tipos de interfaces de datos deben ser implementables, tanto las innovaciones bien probadas como las actuales.

- La gama de interfaces debe ser escalable, es decir, se puede diseñar el mismo tipo de interfaz en la versión normativa requerida, clase de protección IP o para las condiciones ambientales requeridas (EMC, resistencia a la suciedad, radiación UV, tensiones mecánicas como golpes y vibraciones o los requisitos de higiene)

- Con respecto a las transiciones entre sitios o secciones, debe ser posible utilizar interfaces que funcionen de manera confiable y se ajusten a los estándares.

- Deben estar disponibles variantes de producto que estén diseñadas para diferentes procesos de fabricación y ensamblaje en el OEM, por ejemplo, para ensamblaje sin herramientas si se requiere flexibilidad, o para ensamblaje automático en el caso de que se deban fabricar cantidades mayores en relación con un alto nivel de confiabilidad del proceso

El enfoque descrito anteriormente permite a los desarrolladores y gerentes de proyectos concentrarse en las tareas centrales de sus respectivas aplicaciones durante la fase de diseño, sin tener que dedicar tiempo a los "criterios menos importantes" de las interfaces.

Al mismo tiempo, pueden estar seguros de que existe una interfaz adecuada disponible para cada etapa de expansión de un módulo de máquina o un enlace de transmisión de datos.

Las soluciones correspondientes están optimizadas en función de los costos y las funciones y son escalables. La expansión rentable y técnicamente sencilla de servicios y extensiones del sistema en todos los niveles de automatización de la fábrica y más allá se puede implementar en cualquier momento, incluso retroactivamente, en el usuario de la máquina respectiva.

La Figura 1 presenta el enfoque de una manera ejemplar: proporciona una descripción general de los sistemas de red más conocidos para la transmisión de datos industriales y describe las soluciones HARTING reales seleccionadas, que se muestran como familias de productos.

Es evidente exactamente cuán grande es la libertad en el diseño de las interfaces de datos: para prácticamente todos los tipos de bus de campo o Ethernet industrial hay varias opciones disponibles para diseñar la capa física.

Esto significa que (casi) siempre es posible encontrar una solución que se adapte de manera óptima a la aplicación, incluso para requisitos que aún se desconocen hoy y / o para requisitos de digitalización que crecen junto con la aplicación.

Dipl.-Ing. Jakob Dück, director de segmento de la industria global

Fuentes:

Maitworld: https://www.maintworld.com/Partner-Articles/Digitalisation-of-production-systems

[1] T-Systems: Acelere la digitalización (t-systems.com)

[2] HMS: "El objetivo es generar valor a partir de los datos". (Industry-of-things.com)

[3] HARTING: http://www.us-tech.com/RelId/2651702/ISvars/default/Weighing_the_Cost_and_Benefits_of_Digitalization_in_Manufacture.htm

Artículos de socios | 22.11.2021