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Automatización en la industria 4.0

Con el fin de consolidar el concepto de sistemas ciber-físicos para la industria, la simulación virtual de productos y procesos será procesos clave para el logro de objetivos fundamentales

Visual Computing como tecnología facilitadora clave para la Industria 4.0

Iñigo Barandiaran, responsable del Área de Industria y Fabricación Avanzada de Vicomtech-IK422/05/2015
Actualmente existe, en las principales economías mundiales, una tendencia global muy clara orientada a fortalecer las capacidades de producción industrial mediante el uso de los últimos avances en TICs, algunas de las cuales abren ahora posibilidades completamente nuevas para incrementar la productividad y la eficiencia en la manufactura avanzada. Esta tendencia define que el peso relativo de las Tecnologías de la Información y la Comunicación en el ámbito industrial será mucho mayor que hasta ahora.

Una de las iniciativas con más peso en esta tendencia global es la denominada Industria 4.0 [1], fomentada de forma muy decidida por parte de Alemania y que constituye una referencia internacional en términos de visión, oportunidades tecnológicas y retos científicos. Son múltiples los aspectos fundamentales abordados por el paradigma de Industrie 4.0, de los cuales podrían destacarse algunos, tales como: (i) la personalización masiva de los productos facilitada por TICs en los que la producción debe adaptarse a lotes muy cortos o incluso a lotes unitarios, (ii) la adaptación automática y flexible de las cadenas de producción debido a requisitos cambiantes (iii) la trazabilidad y el self-awareness de piezas y productos y su comunicación con las máquinas y con otros productos, (iv) la mejora de los mecanismos de interacción hombre-máquina, incluyendo la convivencia con robots o con formas radicalmente nuevas de interactuar y operar en la fábrica, (v) la optimización de la producción debido a las capacidades de comunicación habilitadas para la IoT en la Fábrica Inteligente, y (vi) la aparición de nuevos tipos de servicios y modelos de negocio que contribuyan a la aparición de nuevas formas de interacción en la cadena de valor.

De manera transversal a todos estos aspectos subyace la necesidad de estrechar las distancias existentes entre el mundo físico o productivo y el mundo digital. Esta necesidad se materializa en las unidades ciber-físicas (cyber-physical-systems o CPS) [2]. Estos sistemas permiten una interacción transparente entre ambos mundos, habilitando la aparición del paradigma de Internet de las cosas y los servicios. Estos sistemas, aplicados a los procesos productivos, permitirán el desarrollo de máquinas más inteligentes o plantas productivas capaces de intercambiar información con autonomía e inteligencia, transformando en definitiva la industria hacia la Fabrica Inteligente o Smart Factory.

Tanto el paradigma Europeo Industria 4.0, como la visión americana de Industrial Internet, junto con iniciativas similares, son coincidentes en la enumeración de un conjunto de tecnologías clave para la realización de dicho paradigma. Sin duda, el Internet de las Cosas es la tecnología central clave. Sin embargo, es también cierto que existen otras tecnologías adicionales realmente necesarias para obtener soluciones completas, como la ciber-seguridad, las tecnologías semánticas, o tecnologías de Visual Computing.

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Ilustración 1. Las tecnologías relacionadas con Visual Computing serán claves para la realización del paradigma de Industria 4.0.

El término Visual Computing está relacionado con un conjunto de tecnologías orientadas a la adquisición, gestión, análisis y síntesis de datos e información visual. Son varias las disciplinas y tecnologías englobadas dentro de este concepto, entre las que se pueden destacar algunas como la visión artificial o el CAD, ambas fundamentales en los procesos de fabricación actuales. Estas tecnologías seguirán teniendo un protagonismo cada vez mayor, a medida que el paradigma de Industria 4.0 se vaya consolidando en las industrias. Por ejemplo, con el fin de consolidar el concepto de sistemas ciber-físicos para la industria, procedimientos tales como la simulación virtual de productos y procesos, antes y durante la operación, serán procesos clave para el logro de objetivos fundamentales en la configuración del producto y la flexibilidad de la producción.

El modelado y simulación de procesos que abarcan el ciclo de vida completo del producto, desde el diseño hasta su eliminación, es un aspecto muy relevante, sobre todo con la aparición del concepto de Equivalencia Ciber-Física o Cyber-Physical Equivalence (CPE) [3]. Este término, ligado al concepto de Cyber-Physical-System (CPS), se refiere al hecho de que las dimensiones y entidades físicas y virtuales coexisten de manera sincronizada en el tiempo. Esta equivalencia, dada en términos de gemelos digitales, ofrece características muy interesantes puesto que ambos pueden solaparse e intercambiar datos entre ellos de manera transparente. Para lograr esta convergencia son fundamentales, además de otras tecnologías, técnicas avanzadas de visualización e interacción de gráficos por ordenador para su ejecución en un escenario real. Esta equivalencia puede darse no sólo a nivel de producto si no también a nivel de proceso, máquina o planta productiva. Los mecanismos de simulación virtual de procesos deben estar preparados para hacer frente a nuevas tendencias y necesidades de mercado que requerirán de implantar, por ejemplo, estrategias de control y producción basadas en auto-organización [4].

Dentro del paradigma de Industria 4.0 no serán sólo protagonistas las máquinas, y/o los procesos, sino que también las personas jugarán un papel determinante en este nuevo escenario. Además de avanzar en las tecnologías de soporte para desarrollar y favorecer la equivalencia cyber-física, se necesita también una nueva generación de mecanismos de Interacción Hombre-Máquina aplicado a la industria, para optimizar la configuración de trabajos de fabricación, incluyendo no sólo el funcionamiento de las máquinas y líneas de producción, sino también los aspectos relacionados con la formación. Los mecanismos tradicionales de operación con las máquinas se pueden orientar en el futuro hacia nuevas formas de interacción donde el desarrollo de interfaces gráficos avanzados, con un enfoque especial en la utilización de dispositivos móviles, para la interacción con diferentes entidades CPS de naturaleza heterogénea jugará un papel determinante.

Cada vez es más importante el empoderamiento de los operarios por medio de herramientas que habiliten procesos de formación continua, así como de herramientas de acceso y procesamiento de datos, como la realidad aumentada o la analítica visual, capaces de proveer información contextualizada y por tanto ayudar en los procesos de toma de decisiones.

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Ilustración 2. En un futuro próximo el acceso a la información no sólo será móvil, si no contextual.

Las tecnologías de Visual Computing pueden convertirse en una tecnología clave para la realización de los paradigmas Industria 4.0 e Internet Industrial. Estas nuevas corrientes están abriendo nuevas posibilidades para aumentar y mejorar la productividad, así como favoreciendo la aparición de nuevas posibilidades y oportunidades de negocio, que permitan asegurar el futuro de la fabricación en las economías más avanzadas.

Referencias

[1] Kagermann, H., Wahlster, W., Helbig, J. ‘Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0’. (vorabversion) 2012. http://tinyurl.com/pq5ltm6

[2] Lee, Edward A. ‘Cyber physical systems: Design challenges’. Object Oriented Real-Time Distributed Computing (ISORC), 2008 11th IEEE International Symposium on. IEEE, 2008.

[3] Lukas, U., Stork, A. ‘Visual Computing für die nächste industrielle Revolution Economic Engineering: Intelligente Methoden’, Prozesse und Technologien,4, pp. 36-38, 2013.

[4] Priego, R. Orive, D. Marcos, M. ‘Maintaining the availability of the Control System in Industrial Automation’. Agenten im Umfeld von Industrie 4.0. pp- 15-19. Sierke Verlag 2014.

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