Conectar la fábrica de mañana: El futuro ya está disponible hoy

Las actuales tecnologías están mejorando nuestra conectividad de ahora y nos acerca a la conectividad sin fisuras de mañana.

 

Con el advenimiento de IIoT, los sistemas de producción están avanzando hacia un futuro ‘conectado sin fisuras’ en el que todas las interfaces mecánicas, eléctricas e inteligentes trabajan juntas como un solo paquete completo que incluye motores, accionamientos, controladores y nube.

Si bien todavía no hemos llegado allí, este futuro conlleva una fuerte promesa para las fábricas de mañana en términos de mayores tasas de productividad, mejor calidad de producto y menores costos.

Si la conectividad sin fisuras es el futuro, una ‘conectividad ampliada’ es el aquí y ahora. Los desarrollos tecnológicos ya están en marcha al nivel de campo de la automatización industrial, distribuyendo inteligencia entre dispositivos que antes no eran inteligentes. Al mismo tiempo, interfaces abiertas como OPC UA (Open Platform Commu­nications United Architecture) nos acercan un paso más a una verdadera interoperabilidad de dispositivos.

Juntos, estos desarrollos tienen enormes consecuencias en cómo diseñamos, implementamos y mantenemos nuestros sistemas de producción en un mundo cada vez más digital.

A continuación se describen algunas tecnologías actuales, incluyendo componentes neumáticos inteligentes, gateways IoT y estándares de comunicación abiertos, que expresan nuestra era actual de conectividad mejorada en el piso de planta. Con los cambios adecuados, estas tecnologías serán los peldaños hacia un futuro verdaderamente conectado.

 

Conectar la fábrica de mañana: El futuro ya está disponible hoy

 

Inteligencia a nivel de campo

En una fábrica típica, el piso de producción consta de varios componentes electromecánicos, tales como dispositivos lineales, accionamientos giratorios, servo accionamientos y pinzas, además de sistemas mecánicos más complejos, por ejemplo sistemas cartesianos de manipulación de múltiples ejes.

Para responder al concepto que significa Industria 4.0, todos los datos relevantes de los procesos de producción, incluido el estado de estos dispositivos ‘no inteligentes’, deben estar disponibles en tiempo real.

Los componentes inteligentes son el prerrequisito para la disponibilidad de datos en tiempo real y tienen un rol crítico en el intercambio consistente y uniforme de información dentro de los procesos de producción.

Como testimonio de una conectividad mejorada, muchos componentes antes no inteligentes incorporan ahora funcionalidad IIoT, procesamiento de datos y capacidades de diagnóstico, lo que los hace inteligentes. Estas nuevas funcionalidades locales aportan múltiples beneficios para la operación en general, especialmente en lo que hace a eficiencia y mantenimiento.

Un ejemplo de inteligencia distribuida a nivel de campo es Motion Terminal VTEM. Es la primera válvula que dispone de funciones neumáticas a través de apps de movimiento. Diseñada con una conectividad mejorada, permite a los usuarios adaptarse rápida y fácilmente a parámetros de proceso cambiantes de una manera que mejora la flexibilidad de producción en comparación con las tecnologías ‘cableadas’. También integra sensores inteligentes para control, diagnóstico y tareas de autoaprendizaje, eliminando la necesidad de componentes adicionales.

Motion Terminal VTEM provee la funcionalidad de válvulas tradicionales de 2/2, 3/2, 4/2 o 4/3 vías, como así también tecnología proporcional y funciones servo-neumáticas. Al mismo tiempo, los usuarios podrán realizar tareas de movimiento con un solo tipo de válvula, integrando movimientos complejos, posicionamiento variable y tiempo de recorrido predeterminado, todo en un solo dispositivo.

Otras funciones inteligentes de Motion Terminal VTEM incluyen:

  • Aplicaciones de eficiencia energética – Motion Terminal VTEM incorpora una app de movimiento ‘ECO drive’ que reduce automáticamente la energía neumática al nivel requerido para el movimiento. Como resultado, mantiene el consumo de energía en un mínimo para tareas de movimiento sencillas que no necesitan fuerza adicional en la posición final.
  • Diagnóstico de fugas – Al detectar fugas en una etapa temprana, Motion Terminal VTEM aumenta la confiabilidad y la productividad del proceso. También reduce pérdidas de energía innecesarias.
  • Monitoreo de condiciones – Gracias a esta capacidad, Motion Terminal VTEM reduce los costos de ciclo de vida de sistemas. También facilita un rápido retorno de la inversión.

Gracias a su combinación de tecnología tradicional de válvulas y apps digitales de movimiento, Motion Terminal VTEM reemplaza a más de 50 componentes individuales, mientras mejora la flexibilidad de manufactura, reduce la complejidad del sistema y aporta nuevas capacidades de análisis de datos y monitoreo de condiciones a nivel de campo.

 

Conectar la fábrica de mañana: El futuro ya está disponible hoy

 

Integración de componentes con gateways IoT

Uno de los mayores desafíos a la hora de implementar una conectividad sin fisuras es la integración de componentes y sistemas conectados en red. Tradicionalmente, la integración de servo accionamientos y controladores de distintos fabricantes es una tarea compleja y laboriosa que hace aumentar los costos y el tiempo de ingeniería. Además de cambios en las plataformas de software y hardware, los ingenieros de software se enfrentan a diferentes sistemas de fieldbus, módulos de software y protocolos de datos que los obliga a manejar varios lenguajes de programación.

También deben comprender cómo se comportan los componentes individuales en su interrelación. En estos casos, los sistemas de accionamiento electromecánicos pueden tardar mucho tiempo en ser depurados y cualquier dificultad técnica que surja en el comisionamiento puede provocar demoras no programadas en la producción.

Gateways IoT como CPX-IOT de Festo son un avance en esta dirección y permiten a los usuarios conectar accionamientos y otros componentes para tener visibilidad en distintos parámetros de operación, tales como temperatura, velocidad y tensión. El gateway, además de consolidar los datos de máquinas y producción, también facilita el manejo de esta información.

Según la complejidad, los usuarios pueden conectar hasta 31 componentes y módulos a nivel de piso de planta. Luego podrán recibir datos en tiempo real listos para nube a través de interfaces abiertas seguras. Esta capacidad abre muchas opciones de análisis de datos, desde prácticas de mantenimiento más inteligentes hasta gemelos digitales.

 

La funcionalidad IIoT mejora los procesos de mantenimiento

La implementación de componentes y máquinas con funcionalidad inteligente ya es una realidad a la hora de evitar una parada no deseada.

Imagínese una máquina trabajando un viernes por la noche después de que todos ya se han retirado. Esta máquina detecta una anomalía, por ejemplo un aumento de fricción en un actuador neumático, y procede a calcular que la pieza fallará en los próximos tres a cuatro días. Sin ninguna intervención humana, la máquina habla con el depósito de herramientas e inventario y coloca un pedido de una pieza de repuesto después de enterarse de que no está disponible en ese momento en stock. En este punto, el gerente de compras recibe un simple alerta por email en su teléfono inteligente, pidiéndole que apruebe el pedido. En la mañana del lunes, la máquina calcula que el actuador está ahora en un 80% de falla y automáticamente recibe mantenimiento lo antes posible en la semana después de que llegue la pieza.

Este ejemplo demuestra el poder de la visibilidad de máquina, especialmente durante los períodos de operación sin atención, y también muestra de qué manera el agregado de funciones IIoT sencillas puede transformar una parada costosa no planificada con tan sólo unos pocos clicks en un dispositivo.

 

Protocolos abiertos para interoperabilidad de dispositivos

Sean sistemas mecánicos o de control, hay disponible un número abrumador de productos, componentes y soluciones de un gran número de fabricantes, cada uno con su propia interface, hardware, lenguaje de programación y protocolo de comunicación. Hasta ahora, las empresas gastaban mucho tiempo en integrar estos distintos componentes en sus máquinas. Afortunadamente, los nuevos protocolos de comunicación abiertos están preparando el camino para una verdadera interoperabilidad de dispositivos en entornos conectados.

Un ejemplo es IO-Link, que aporta una interface de E/S estandarizada que amplía los sistemas de fieldbus y Ethernet industrial. Además de transmitir datos de proceso, permite a los usuarios descargar datos de parámetros desde el sistema de control al sensor o actuador, y luego enviar datos de diagnóstico al sistema de control. Mientras la integración de una interface de fieldbus hasta el nivel más bajo de campo ha sido alguna vez una tarea costosa, ahora IO-Link puede transmitir valores digitales y analógicos utilizando tan sólo un cable simple de tres o cinco hilos.

Un segundo ejemplo es OPC UA. Es una interface de software neutra en cuanto a proveedores que transporta datos de máquina, que incluyen valores y mediciones de proceso, y luego describe esos datos semánticamente de una manera legible por una máquina. Al trabajar independientemente del sistema operativo, OPC UA ofrece una solución de comunicación abierta desde sensores, actuadores y controladores a la nube. Además de acercar la industria a una verdadera funcionalidad ‘plug and play’, esta interface brinda una integración sin fisuras de componentes, permitiéndoles hablar entre sí, como así también recolectar e intercambiar datos fácilmente.

Para cosechar estos beneficios, los proveedores de soluciones de automatización de fábrica están incorporando más compatibilidad de interface abierta a sus componentes de modo de lograr una comunicación sin fisuras entre sensores, actuadores y controladores, y la nube.

Por ejemplo, Festo ya tiene embebido OPC UA en sus terminales de válvulas, lo que permite que gerentes, ingenieros y operadores de planta puedan incorporar los beneficios de una manufactura inteligente. Cuando se las combina con gateways IoT, por ejemplo la plataforma CPX, los operadores podrán recolectar rápida y fácilmente información y estados de dispositivos a través de una conexión Ethernet y protocolo OPC UA. A partir de allí, el sistema podrá enviar esa información a la nube a través de una segunda conexión Ethernet y protocolos de IoT, tales como AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) o MQTT (Message Queuing Telemetry Transport).

 

Conectar la fábrica de mañana: El futuro ya está disponible hoy

 

El camino por delante

A medida que las tecnologías conectadas sigan despegando, las fábricas irán avanzando hacia un futuro en el que todos los componentes, controladores y la nube estarán integrados sin fisuras, aportando innumerables beneficios en la producción.

Si bien hay un claro progreso, todavía no hemos llegado a ese punto. El último tramo a recorrer requerirá unir sistemas que antes formaban silos, adoptar estándares de comunicación abiertos e implementar por completo estrategias digitales, desde el piso de planta hasta el nivel de empresa.

 

Preparado en base a un documento elaborado por Sandro Quintero y Tom Worsnopp, de Festo.

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