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  • Prácticamente realidad:futuras fábricas dirigidas por gemelos digitales

    Crédito:Centro de tecnología y remanufactura avanzada

    A * STAR ha construido un banco de pruebas para gemelos digitales, las contrapartes virtuales de los equipos de fabricación reales. Estas innovaciones de fábrica podrían ayudar a las empresas a ahorrar una gran cantidad de tiempo y dinero al predecir y ajustar la condición de la máquina asociada sobre la marcha.

    Imagine que un gigante de la fabricación tiene una máquina en uno de los pisos de su fábrica en la que un eje está a punto de romperse. En una fábrica convencional, la máquina zumbante no dará ninguna advertencia de su inminente mal funcionamiento, y su fracaso vendrá en un momento aleatorio. El diagnóstico y la reparación serán relativamente lentos, limitado por la recopilación de datos y la organización de los recursos humanos y materiales. Para una empresa de bienes de consumo de rápido movimiento (FMCG), el retraso puede ser costoso. "Debido al alto volumen, estamos hablando de millones de dólares en pérdidas por cada hora de inactividad, "dice Stuart Wong, el gerente senior del grupo en el Centro de Tecnología y Remanufactura Avanzada (ARTC) en Singapur, donde varias empresas colaboran con los investigadores de A * STAR en el avance de la tecnología de fabricación, incluyendo hacer altamente inteligente, Máquinas sensorizadas.

    Los gemelos digitales harán que las fábricas sean más inteligentes

    Con un poco de ayuda de la fábrica inteligente de modelos de ARTC, un banco de pruebas de tecnología de fabricación que se inauguró en agosto, Los problemas se pueden navegar utilizando un concepto conocido como 'gemelo digital'. La idea es que las máquinas estén sensorizadas, de modo que el husillo de la máquina se supervisa continuamente y sus datos de rendimiento se envían a una sala de control central. Allí, los datos se introducen en una computadora que actúa como un gemelo digital de la máquina:una copia virtual que refleja con precisión el estado operativo actual de la máquina en función de los datos de los sensores en tiempo real y el modelado físico. El gemelo digital detectando un ligero bamboleo en el eje, podría ajustar los parámetros operativos de su contraparte física para corregir el bamboleo. O, si no se puede corregir el bamboleo, podría advertir de un mal funcionamiento inminente.

    En la sala de control, se avisaba a un operador, y esta persona puede entonces desencadenar una respuesta estandarizada. "El gemelo digital podría crear una orden de trabajo de mantenimiento, determinar si puede redirigir la producción para que la entrega no se vea afectada, encontrar el personal de mantenimiento adecuado, y diles a donde ir "dice Anikath Murali Das, uno de los directores de programa de ARTC. Ese personal de mantenimiento podría reparar o reemplazar rápidamente la máquina defectuosa, guiado, ya sea mediante una tableta que muestre una alimentación de datos personalizada en la máquina afectada, o por un par de gafas de realidad aumentada. Para empresas de bienes de consumo como Nestlé, trabajar con ARTC en tecnologías como esta les permite minimizar el tiempo de inactividad y mejorar el rendimiento y la eficiencia del capital en sus fábricas.

    Muchos de estos avances pueden parecer un poco a ciencia ficción, pero todas las tecnologías necesarias están en desarrollo en ARTC. Por ejemplo, ARTC está desarrollando capacidades de realidad aumentada utilizando HoloLens de Microsoft, un tipo de gafas que mezcla imágenes del mundo real con superposiciones mejoradas digitalmente. Junto a esto, Los investigadores de ARTC están construyendo un conjunto de aplicaciones basadas en la web que brindarán a los trabajadores itinerantes acceso a paneles de datos importantes en sus teléfonos y tabletas. así como los medios para acceder a la ayuda virtual si es necesario. "Si alguna tarea de mantenimiento o reparación está fuera del alcance de un trabajador, [utilizando nuestras herramientas] un colega en otro lugar podría ver exactamente lo que ve el trabajador parado frente a la máquina y guiarlo sobre qué hacer, "explica Das.

    Para alimentar información a estas aplicaciones, el grupo está investigando activamente cómo agregar sensores a las máquinas de los socios industriales. "Tenemos una máquina cedida por una empresa que nosotros mismos hemos sensorizado, ", dice Das." Hemos instalado 43 sensores para observar la vibración, temperatura, y emisiones acústicas ".

    ARTC también ha desarrollado un gemelo digital de un co-bot, un robot diseñado para ayudar físicamente a un operador humano con tareas como mover objetos calientes o pesados. En este momento, la información fluye solo del co-bot físico a su copia digital, pero Wong dice que los gemelos digitales de ARTC eventualmente serán bidireccionales, para que la versión digital pueda ajustar el funcionamiento de su gemelo físico en tiempo real, reacciona instantáneamente a la información que recibe.

    Existen implicaciones para la seguridad de los datos que fluyen desde las salas de control inteligentes que controlan directamente millones de dólares de costosos, equipos de alta precisión a los que se dirige ARTC. "La seguridad de los datos es lo único que preocupa a todos, ", dice Das. Además de las cuestiones de seguridad que surgen al tener una sala de control centralizada, hay preocupaciones generalizadas acerca de tener infinitamente más datos. Pero estos datos pueden ser muy útiles para rastrear fallas antiguas. Por ejemplo, cuando las empresas escuchan de sus clientes que sus productos tienen problemas de calidad. Típicamente, en el momento en que un cliente envía comentarios como este, Puede ser difícil diagnosticar qué pudo haber causado el problema. Entonces, Das explica, la fábrica de modelos de gemelos digitales ARTC desea conservar todos los datos relevantes. "Podemos volver a un día en particular, mira todos los paneles, profundizar, diagnosticar y resolver el problema ". Pero al concebir estos sistemas, Wong dice que es de vital importancia centrarse en diseñar una arquitectura de software que sea muy segura, además de escalable, de confianza, y sin retrasos.

    Las máquinas hablarán con las máquinas

    A corto plazo, Los desarrollos de fábricas inteligentes en ARTC se centrarán en ayudar al personal de fábrica existente. "El objetivo es ayudar a los humanos agregando y asimilando datos, luego, creando ideas a partir de él, "dice Wong." La sala de control proporcionará información y predicciones, pero el humano tiene que tomar la decisión ". aunque, Wong espera que la inteligencia artificial (IA) asuma una mayor parte de la carga de la toma de decisiones. "A medida que los sistemas se vuelven más inteligentes, podemos pasar a la automatización completa mediante IA. Eso puede aliviar a los humanos para que se concentren en cosas que la IA no puede hacer:relaciones, problemas de la cadena de suministro o de los clientes, y gestión de trabajadores ".

    Y los datos fluirán no solo dentro de las fábricas inteligentes individuales, Das dice:pero también entre ellos. "Las máquinas podrán hablar con las máquinas directamente, " ella explica, y eso incluye máquinas ubicadas fuera de la fábrica. Las máquinas en red trabajarán juntas para predecir fallas, y responderles. Por ejemplo, "la máquina de mi fábrica podría decirle a una máquina de una fábrica externa que se apague, No quiero la parte que estás haciendo ', "Das dice.

    ARTC ha creado una versión de realidad aumentada de su fábrica de modelos. En él puedes ver la producción de la caja de cambios (arriba), ver el flujo de información entre máquinas individuales y la sala de control inteligente de fabricación, o descubra más sobre los bancos de pruebas. Crédito:Centro de tecnología y remanufactura avanzada

    Los gemelos digitales sofisticados ya se utilizan de algunas de estas formas en la NASA, que rastrea naves espaciales usando gemelos digitales, y también hasta cierto punto en General Electric, que crea gemelos digitales de algunas de sus turbinas eólicas y motores a reacción para monitorear su desempeño y realizar mantenimientos preventivos. Sin embargo, se deben crear muchas más versiones a medida para aprovechar esta tecnología para la fabricación.

    Desafortunadamente, Las corporaciones a veces son reacias a probar la tecnología por su cuenta porque no querían interrumpir sus propias instalaciones. También es difícil dice Wong, reunir a los expertos en fabricación con la amplia gama de científicos analíticos que podrían proporcionar información útil.

    Es por eso que Wong Das y sus colegas quieren proporcionar los medios para que las empresas realicen pruebas de concepto, so that they can make the case to extend their Industry 4.0 investments to their boards and shareholders. "There is so much potential, " Wong explains of the motivation for the project. "But there was no showcase or test data that proved that this new technology can really be used to optimize smart factories."

    The model factory sandbox built by ARTC provides industry with the freedom to experiment and build, then to take back new technologies and best practices to their factory lines. In addition to FMCG companies like Nestlé, these collaborations have already attracted significant interest from aerospace and heavy industry corporations, entre otros. "We are bridging the gap between pure research and product development, " Das explains. As of today, 69 industries have joined ARTC in doing just that.

    Industry 4.0 – Singapore's smart factory advantage

    It is an era that is less than 10 years old, but Industry 4.0 ambitiously imagines a new kind of factory that merges the cyber world – with its rich information flows, data visualization, and artificial intelligence – and the physical world, with its spindles, machines and presses.

    En Enero, a World Economic Forum analysis of 100 countries placed Singapore at the forefront of this changing landscape, listing it among the 25 countries best positioned to benefit from Industry 4.0. In their discussion, its authors pointed to Singapore's strong competencies in research and development, economic complexity, and openness to trade as major factors.

    Media analyses have noted a push by the Singapore government to bolster this enviable position, noting a carrot and stick approach with grants and levies being bestowed on manufacturers, and strong financial backing for a series of support systems that including A*STAR's two model factories initiatives. Singapore has also recently launched of the Singapore Smart Industry Readiness Index, a tool to help industrial companies measure their progress towards Industry 4.0 standards.

    A*star's model factory initiative

    A*STAR's Model Factory Initiative aims to bridge technological gaps so businesses can reinvent themselves through technology co-innovation and adoption. There are two locations – one in A*STAR's Advanced Remanufacturing and Technology Centre (ARTC) and the other in A*STAR's Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech). The two play complementary roles to demonstrate the efficacy of advanced manufacturing technologies and guide companies on different legs of their technology adoption journey.

    Core technologies in development at ARTC include:

    • Connected sensors inside machines;
    • A central control room in which factory-wide information is collected and visually represented;
    • Digital replicas or 'twins' of physical machines that can predict and control machine behavior;
    • Software that can model and respond to production failures and delays;
    • Mobile data displays and augmented reality technology to assist maintenance and repair staff.

    Underlying all of these technologies is a scalable, secure and lag-free data architecture.


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