El 4.0 toma vuelo en el CFAA

2019 es un año importante para el CFAA, todas las máquinas están conectadas a la red los proyectos en marcha, las empresas volcadas en la colaboración. Este centro es una planta piloto perfecta para disponer y optimizar herramientas de software, conectividad en varios niveles, control de ejecución. Un esfuerzo que sin duda puede multiplicar la efectividad de este centro, y de las empresas volcadas en esta acción.

Las estrategias de transformación digital guardan algunas similitudes independientes de la industria o la empresa en la que se quiera aplicar. El embarcarse en la adopción y uso de tecnologías facilitadoras, el estudio de los datos para poder crear valor añadido en el producto y en el proceso, el amoldamiento a los cambios estructurales que esto conlleva y un estudio de la inversión económica, así como del retorno esperado, son tan solo algunas de estas.

En el CFAA hemos iniciado nuestro camino de adopción de tecnologías de punta aplicadas al ámbito de la fabricación. El uso de dispositivos IoT que permitan obtener datos de proceso en tiempo real, comunicados con dispositivos de edge computing (como el Sistema Vixion, Savvy, Artis, Mindsphere, Sk Inspect, Soc-e, Scanfield, entre otros), recogidos, almacenados y estudiados con técnicas de big data y aplicación de tecnologías de inteligencia artificial y aplicaciones de cloud computing que permiten facilitar estos procesos; son algunos de las estrategias que usamos para transitar este complejo camino de transformarnos digitalmente.

Dispositivo de Edge computing diseñado SoC-e.

Actualmente, estamos en capacidad de monitorizar en tiempo real algunas de las variables de funcionamiento de los complejos dispositivos de electroerosión a través de un dispositivo de edge computing de nuestro socio Soc-e, datos recogidos en una base de datos relacional mediante MySQL que proporciona maneras fáciles de consultar, grabar y gestionar datos. Esta base de datos se ha basado en un servidor hospedado por la red experimental SN4I (Smart Networks for Industry. Infraestructura de cómputo y comunicaciones con capacidades NFV (Virtualización de funciones de red) y SDN (Redes definidas por software), que interconectan a la Universidad del País Vasco con el CFAA). Así mismo, podemos mostrar estos datos en una aplicación móvil que permite comparar el avance teórico de los proyectos con los datos obtenidos.

Las máquinas de ONA, a la cabeza del uso avanzado de datos de proceso.

La idea, es que una vez extendidas las capacidades de monitorización a nuestros distintos equipos, poder generar un acercamiento a la gestión de proyectos mediante el uso de tecnologías de la Industria 4.0 y dar respuesta a la pregunta sobre si la aplicación de técnicas de inteligencia artificial en los datos disponibles de la gestión de los proyectos y los generados del entorno de la planta piloto del CFAA pueden servir para prever, desde fases iniciales, un enfoque a cuál será el rendimiento al final del ciclo de vida del proyecto, y así poder optimizar el uso de los recursos y mejorar el porcentaje de éxito en la gestión de los proyectos.

En el Centro se disponen de casi todos los elementos de edge computing y conectividad de fabricación nacional o de los referentes internacionales. Se trabaja en su conexión a un sistema MES reactivo, que permita acciones avanzadas de inspección, la posibilidad de desarrollo es grande, y ha interesado a empresa locales de consultoría y desarrollo de sistemas MES y ERP.

Dentro de las tecnologías facilitadoras 4.0 la metrología es un campo fundamental. La metrología avanzada permite comprobar que los productos de la actividad tecnológica estén conformes a las especificaciones técnicas requeridas, así como hacer un estudio de los posibles defectos, problemas del material e incluso hacer análisis de la evolución que experimenta durante su puesta en servicio.

En el CFAA usamos sistemas ópticos para el estudio del desgaste de herramientas. El sistema Alicona está casi funcionando 12 horas al día, permitiendo comprobar los patrones de desgaste de brocas, fresas, herramientas de cerámica o PCBN. Las herramientas son escaneadas antes y después de ser usadas para poder comparar el deterioro que se produce durante el trabajo y poder determinar su comportamiento y estructura. De esta manera podemos optimizar el proceso reduciendo los tiempos de análisis y costos de operación por cambio de herramientas, dando recomendaciones de uso a los operarios de máquina.

Para realizar estos estudios, es usado el sistema InfiniteFocus de Alicona, el cual se caracteriza por su gran capacidad de captación gracias al movimiento en 5 ejes que permite realizar en la pieza a medir, lo que facilita captarla en su totalidad. Este equipo usa la metodología de variación focal y reconstrucción en 3D, llegando a alcanzar una resolución vertical de hasta 10 nm.

Actualmente, el enfoque de la tecnología está dirigido hacia la integración en línea de producción, reducción de tiempos de medición y monitorización en tiempo real, teniendo como objetivo poder hallar los posibles defectos en las piezas fabricadas que puedan surgir in situ de una manera instantánea, aumentando el número de piezas revisadas y reduciendo los costos de producción por detección temprana de fallos, entre otras.

Fresa escaneada a través del sistema InfiniteFocus de Alicona de una fresa que ha trabajado sobre Waspaloy.

La tomografía nació en la década de los 60 como una técnica no invasiva de diagnóstico para medicina y de la combinación con la necesidad de la industria de realizar ensayos no destructivos, emerge la tomografía computarizada industrial (CT, XCT o iCT), usada ampliamente en los sectores de automoción, aeronáutica y transportes.

Del primer análisis 3D cuantitativo con medición de volumen y distancias realizado en los 90, la precisión ha sido uno de los parámetros que más ha mejorado (hoy en día se alcanzan los 0.001mm), lo que sitúa a la tomografía computarizada como una clara candidata a competir con las otras tecnologías de medición como las MMCs o los escáneres laser, en un futuro relativamente cercano.

Aunque, como toda tecnología, la CT tiene sus propios retos a superar, ya que es una técnica muy compleja cuyos resultados dependen de numerosas variables, como el espesor y densidad del objeto a inspeccionar. Actualmente, se busca minimizar la incertidumbre de medida que ocasionan estos escaneados, principalmente por la dificultad de obtener trazabilidad, entre otros.

Aun con sus retos, queda claro que la CT es una tecnología de futuro, en la que hay que apostar si se quiere estar a la vanguardia en lo que a control de calidad y metrología dimensional se refiere. Con este objetivo, el CFAA abarca múltiples proyectos sobre las aplicaciones de las CT, especialmente la metro-tomografía. Actualmente, junto con la empresa Trimek, referente en metrología, se están enfrentando tres retos, enmarcados bajo proyectos Elkartek y Hazitek financiados por el Gobierno Vasco, y en un proyecto CIEN financiado por el CDTI.

El CFAA está desarrollando actualmente un procedimiento para el establecimiento de la superficie digital de los componentes tomografiados mediante la determinación óptima y local del umbral o threshold, un parámetro decisivo para la metro-tomografía que define cuál es el contorno de la pieza. De ahí la necesidad de tener un procedimiento seguro y trazable para que las medidas obtenidas se ajusten a la realidad.

Asimismo, se está estudiando la influencia de los filtros físicos en la reducción de una de las principales fuentes de error de esta tecnología de medición (beam hardening), especialmente presente en materiales termorresistentes de muy alta densidad. Se trata de un fenómeno que rompe la linealidad en la atenuación de rayos X por parte del material de estudio, lo que repercute de manera negativa en la visualización y medición de la tomografía. La causa fundamental del ‘beam hardining’ es la presencia de fotones de baja energía en el espectro de rayos X, que ocurre inevitablemente por la dispersión en la energía de emisión de los mismos por parte de la máquina. En este sentido, los filtros físicos evitan que estos fotones de baja energía alcancen el componente a inspeccionar e interfieran en las mediciones. Estos filtros suelen ser láminas de ciertos materiales, como cobre y aluminio, de alrededor de 1 mm de espesor.

Finalmente, otro reto a superar en un proyecto del CFAA junto con Trimek, es la consecución de un procedimiento para la determinación del factor de escala. Para ello, se están diseñando y testeando diversos patrones estándar en otros sistemas de medición con coordenadas como las barras de esferas, esferas patrón, etc., cuyo objetivo es obtener un valor del voxel optimizado para las mediciones posteriores.

En resumen, podemos aplicar el principio racional de ‘mido, luego existo’, pero en el caso del CFAA podemos incluso añadir, ‘mido, pero con la última tecnología óptica y de XR’.

Leonardo Sastoque Pinilla

Investigador del Centro de Fabricación Avanzada Aeronáutica. Doctorando en Ingeniería de proyectos, Máster en dirección de proyectos europeos e ingeniero aeronáutico. Está especializado en la gestión y desarrollo de proyectos de transformación digital e implementación de tecnologías 4.0. Cuenta con experiencia en ingeniería de procesos y proyectos, e implementación de sistemas de gestión.

Ibon Holgado García

Investigador en el Centro de Fabricación Avanzada Aeronáutica. Graduado por la Escuela de Ingeniería de Bilbao y proveniente de Formación Profesional. Desarrolla su investigación en ensayos no destructivos y en proyectos relacionados con metrotomografía, soldadura y texturizado láser e ingeniería inversa. Cuenta con experiencia en uniones de materiales disimilares, trabajos y proyectos I+D, manejo de equipos láser y diseño en fabricación mecánica.

Mikel Gutiérrez Martínez

Investigador del Centro de Fabricación Avanzada Aeronáutica. Grado en Ingeniería Mecánica y Máster en Sistemas integrados de Gestión. Actualmente desarrolla su investigación en temas de metrología avanzada. Cuenta con amplia experiencia en metrología aplicada al sector de la automoción y aeronáutica.