En las fábricas de hoy, para evitar daños en las máquinas, Los sensores a menudo activan una alarma tan pronto como el equipo comienza a mostrar un comportamiento sospechoso, pero rara vez se explotan por completo los datos de estos sensores. En la vista previa de Hannover Messe el 12 de febrero, 2020, Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Producción y Tecnología de Diseño IPK mostrarán lo que es posible cuando la tecnología de sensores está conectada a una plataforma en la nube:una gestión del flujo de trabajo perfectamente coordinada y la optimización de flotas enteras de máquinas-herramienta.

Las máquinas herramienta son aparatos de precisión. Ellos muelen, girar y rectificar piezas de trabajo con precisión micrométrica. Esta precisión solo se puede lograr cuando las piezas mecánicas funcionan juntas a la perfección y nada vibra. Después de todo, las vibraciones pueden transmitirse a las herramientas y, en última instancia, provocar errores e imprecisiones en la pieza de trabajo terminada. Cuando las cosas van mal, las quejas siguen y golpean al fabricante en el bolsillo. Por eso es importante reconocer los daños o el desgaste de las máquinas en una etapa temprana. Por esta razón, muchas máquinas son monitoreadas por sensores que pueden reconocer, basándose en ligeras vibraciones, por ejemplo, que un componente se está desgastando lentamente. Los sensores pueden emitir una señal de advertencia de que la pieza debe reemplazarse antes de que se produzcan daños. Esto es lo que se conoce como mantenimiento predictivo, y ahora existen numerosos sistemas de mantenimiento predictivo en el mercado.

Ciclo de vida de las máquinas herramienta guardadas en la nube

Generalmente, sin embargo, Los sistemas de mantenimiento predictivo siguen siendo soluciones independientes. Aunque emiten una advertencia para que se pueda reemplazar un componente, esta valiosa información rara vez se utiliza más. Los expertos de Fraunhofer IPK en Berlín han desarrollado un sistema que hace mucho más con el mantenimiento predictivo. Integran la tecnología de sensores en una plataforma de Internet que almacena el ciclo de vida completo de una o más máquinas herramienta. Esto allana el camino para un análisis de datos completo, que se puede utilizar para optimizar máquinas o procesos de trabajo completos. En una interesante demostración, el equipo que dirige Claudio Geisert, subdirector del departamento de gestión de sistemas y máquinas de producción de Fraunhofer IPK, mostrará cómo funciona esto durante la vista previa de Hannover Messe el 12 de febrero, 2020 en el pabellón 19 y durante la feria comercial del 20 al 24 de abril, 2020 en el stand conjunto de Fraunhofer en el pabellón 6, Stand A26. Por su demostración, los investigadores han elegido un componente clave de una máquina herramienta:un husillo de bolas, que mueve un portapiezas en la máquina con extrema precisión hacia adelante y hacia atrás en un husillo.

Dichos ejes pueden desgastarse con el tiempo, lo que conduce a vibraciones no deseadas que pueden crear fallas en la pieza de trabajo y que deben detectarse lo antes posible. El sistema de mantenimiento inteligente desarrollado por Fraunhofer IPK hace precisamente eso. En el corazón del sistema hay una placa de circuito de sensor que contiene un chip de sensor disponible comercialmente conocido como sistema microelectromecánico (MEMS). Estos MEMS son pequeños componentes de silicio que alojan varios módulos tecnológicos interconectados en su superficie. De esta manera pueden, por ejemplo, medir los estímulos ambientales, como vibraciones, y analizarlos con un procesador conectado. El MEMS y el procesador juntos forman un nodo sensor. "Millones de MEMS como estos se instalan en automóviles y teléfonos inteligentes en la actualidad. Son rentables y, sin embargo, lo suficientemente precisos para nuestros propósitos, ", dice Claudio Geisert. Un elemento importante es que el procesamiento de las señales del sensor se realiza directamente en el nodo del sensor. En consecuencia, el procesador reconoce un fallo por sí mismo y puede transmitir esta información.

Gemelo digital de máquina herramienta integrado en la plataforma IoT

La información se transmite a una plataforma de Internet de las cosas (IoT), que envía una alarma a la sede del servicio, que luego decide qué hacer. Por ejemplo, podría establecer una fecha adecuada para reemplazar el husillo para evitar tiempos de inactividad de la producción debido a paradas de la máquina. Además, esta plataforma de IoT contiene el llamado gemelo digital de la máquina herramienta, una copia digital que contiene el historial de la máquina y todas las condiciones y parámetros operativos.

Llamar y analizar el historial de la flota

Si, en el final, se sustituye el husillo defectuoso, el gemelo digital también recibe la información de que ahora incluye un nuevo componente. "La reproducción del estado real de las máquinas herramienta facilita un análisis integral, "explica Claudio Geisert. Los operadores de las máquinas podrían reconocer, por ejemplo, si ciertos procesos en las máquinas aumentan significativamente el desgaste, permitiendo que los procesos de trabajo se adapten en consecuencia. Y los fabricantes de máquinas herramienta pueden obtener valiosas indicaciones para optimizar aún más sus sistemas. "Por último, esto le permite consultar y analizar el historial de una flota completa de máquinas para encontrar posibles debilidades, "dice Geisert.

Supervisión de la flota de máquinas en todas las ubicaciones

Pero conectar la máquina real con la plataforma de IoT también tiene ventajas para el personal in situ que da servicio a la máquina. En la solución IPK, Los técnicos primero escanean un código QR en la máquina para verificar que están trabajando en la máquina correcta. Esto es particularmente importante en empresas que tienen flotas de máquinas completas. El componente también se puede escanear y comparar con los datos del gemelo digital, para garantizar que otro componente no se sustituya por accidente. Además, los empleados pueden usar una tableta para obtener instrucciones para instalar y quitar un componente. Una vez realizada la reparación, pueden iniciar una prueba de funcionamiento directamente desde la máquina. Si todo ha ido bien they press an OK button to give the signal to update the component in the digital twin as well. "By connecting the machine and the sensors to the IoT platform, we now get, por primera vez, a holistic picture of a machine or an entire fleet, " says Claudio Geisert. "This will enable large companies to monitor their full fleet of machines across individual locations." The IPK solution, which is being presented at the Hannover Messe Preview, is already so far developed that it can be used in industrial applications. It offers the possibility to adapt these technologies to the specific needs of various customers.