Diseñe sus futuros procesos de fabricación: las posibilidades de un gemelo digital

Expanda las posibilidades de su empresa llevando a su personal, productos y procesos al mundo digital.

Desde la transformación digital, el hilo digital y el gemelo digital a la ingeniería digital: el consenso al respecto es que “digital” es la próxima palabra de moda en la industria. Pero ¿es solo una palabra de moda o hay algo más?

Hoy en día, la industria tiene el desafío de elaborar productos de alta calidad de forma rápida y segura, y también de mantener los precios bajos. La fabricación inteligente, posible gracias a las tecnologías digitales, está revolucionando la forma en que operan los fabricantes al proporcionar acceso a información relevante en tiempo real. La fabricación habilitada con información permite combatir los desafíos más grandes.

¿Por qué son necesarias las tecnologías digitales?

Los beneficios de la transformación digital se extienden por todo el lugar de trabajo. Entre ellos, se incluyen la mejora del cumplimiento, de la integridad de los datos, de la calidad del producto y de la experiencia del cliente, así como el aumento de la productividad. También ayuda a reducir los costos de los bienes vendidos y mejora la integridad de la cadena de suministros.

Probablemente haya oído hablar de conceptos como gemelo digital o hilo digital, pero ¿qué significa cada uno de ellos? Un gemelo digital es la réplica digital de un activo, como un producto, una máquina o una planta. Esta réplica está “viva” y cambia a medida que el activo se desarrolla, se opera con ella y recibe mantenimiento. También se puede ver en una pantalla o en un entorno 3D inmersivo para mejorar procesos como el diseño, la capacitación y el mantenimiento.

Un hilo digital es el rastro digital que dejan los datos creados por un gemelo digital a través del ciclo de vida de un activo. Estos datos se traducen en información sencilla que sirve para informar al personal sobre el funcionamiento o el rendimiento del activo. La buena noticia es que la ingeniería digital no es una estrategia del tipo todo o nada. Un buen primer paso es revisar su empresa y determinar dónde puede hacer las cosas de forma más inteligente, más rápida o mejor mediante un enfoque digital.

Creación de soluciones digitales

Hay maneras originales en las que la ingeniería digital puede ayudar a mejorar diferentes áreas de su empresa. En concreto, pueden agruparse en cinco áreas clave: diseño y creación de prototipos, puesta en marcha, capacitación de operarios, producción y mantenimiento.

Diseño y creación de prototipos
El diseño virtual y la creación de prototipos pueden ayudarle a poner las máquinas en el mercado más rápido, reducir el riesgo en sus diseños y crear máquinas de mayor calibre y mayor personalización. Proporcionan la capacidad de ver su máquina en funcionamiento, así como la manera en la que interactúa con el personal o con otras máquinas.

Transforme su modelo de gemelo digital en un entorno de realidad virtual para verlo actuar como si ya estuviera instalado en la propia planta. Esto ayuda a detectar problemas visibles o menores que de otra manera podrían pasar desapercibidos. Si necesita hacer cambios, puede hacerlos en su diseño digital con unos pocos clics en lugar de verse obligado a comprar piezas y pasar días construyendo un nuevo prototipo.

Puesta en marcha
Esperar hasta que llegue una máquina para realizar pruebas de control es parte de la receta del desastre.
La puesta en marcha virtual ayuda a evitar problemas. Al crear un gemelo digital, tanto del diseño de su máquina como de la lógica operativa del sistema de control, puede descubrir problemas en la fase de diseño, es decir, mucho antes de atornillar la máquina al suelo de la planta de un cliente. Puede comprobar y demostrar de forma exhaustiva el funcionamiento de su máquina y del controlador, antes de proporcionar cualquier recurso.

Capacitación
Gracias a la capacitación virtual, puede utilizar un gemelo digital para entrenar a los trabajadores antes de que llegue la máquina. Mediante simples gafas de realidad virtual o trabajando en una pantalla, los trabajadores pueden desarrollar habilidades y competencias en un entorno virtual seguro e inmersivo.

Operaciones
El valor de la ingeniería digital no se detiene después de poner en marcha las máquinas y de formar a los operarios. Una vez que comienza la producción, los gemelos digitales pueden imitar procesos, máquinas y controles para ayudar al personal de la planta a aprender más sobre las operaciones y experimentar con los cambios. Un hilo digital en constante crecimiento puede encontrar información muy valiosa sobre cómo mejorar la producción.

De hecho, un fabricante a nivel mundial implementó un hilo digital junto con su sistema MES (sistema de ejecución manufacturera) y redujo en un 50 % el tiempo de entrega a los clientes, en otro 50 % la producción de piezas defectuosas y mejoró en un 4 % su productividad.

Mantenimiento
Los equipos de mantenimiento pueden luchar contra el tiempo improductivo como nunca a través de simulaciones digitales e información valiosa en tiempo real (o incluso predictiva). Los datos que fluyen a través de un hilo digital ayudan a los técnicos a detectar problemas a medida que ocurren, así como a prevenir o reducir al mínimo el tiempo improductivo. Esto incluye datos de diagnóstico y del estado de los dispositivos de control, que informan a los técnicos sobre el momento de llevar a cabo el mantenimiento. Sin embargo, también incluye datos de red, como alarmas a nivel de conmutador, muy importantes hoy en día para el tiempo productivo.

En un mundo ideal, los equipos de mantenimiento nunca necesitarían responder a los eventos de tiempo improductivo porque podrían predecirlos. Eso será posible gracias al uso de análisis predictivos. Estos análisis utilizan el aprendizaje automático y la inteligencia artificial para conocer sus operaciones, identificar los problemas de las máquinas con anticipación y alertar a los técnicos sobre estos. Los técnicos pueden programar el mantenimiento durante un tiempo improductivo planificado.

Los gemelos digitales ayudan a mejorar el tiempo medio de reparación de dos maneras fundamentales. En primer lugar, la capacitación virtual permite a los técnicos prepararse con antelación para los problemas de tiempo improductivo en lugar de resolverlos la primera vez que ocurren. Así, cuando suceden problemas, los técnicos pueden utilizar la tecnología de realidad aumentada para superponer diagnósticos digitales o instrucciones de trabajo en una máquina física con el objetivo de diagnosticar y solucionar los problemas de forma más rápida.

Etapas de la transformación digital

La digitalización continúa ofreciendo importantes beneficios a la industria. Un nuevo informe del McKinsey Global Institute, The Internet of Things: Mapping the value beyond the hype, considera que la Internet de las cosas (IoT) tendrá un “posible impacto económico total de entre 3,9 billones y 11,1 billones de dólares al año en 2025”.

Esto es muy frecuente en la industria, donde la transformación digital ha ido más allá de la “consideración” y ahora experimenta importantes resultados comerciales. De hecho, el 72 % de las empresas fabricantes se plantearon aumentar de forma significativa su inversión en digitalización durante 2020. Según PWC, el desembolso conjunto de todos estos fabricantes debía alcanzar los 907 mil millones de dólares en 2020.

Recientemente, Rockwell Automation llevó a cabo una investigación primaria a nivel mundial para descubrir las funciones, percepciones y participación en la toma de decisiones de los ejecutivos involucrados en la transformación digital/IIoT en siete sectores fundamentales: petróleo y gas, productos químicos, metales y minería, ciencias biológicas, alimentos y bebidas, cuidados domésticos y personales, y automoción.

El informe Rockwell Digital Transformation 2020 dejó claro que las empresas han ido más allá de la fase de consideración de las iniciativas de transformación digital. De hecho, en 2019 se registró un crecimiento del 400 % en los proyectos de transformación digital después de la implementación. De las empresas entrevistadas, el 50 % ya está en proceso de implementación o de producción a gran escala, o está aplicando la mejora continua de procesos a las iniciativas digitales iniciales (Figura 1).

El valor de las soluciones integrales

Esta investigación reveló que muchas empresas carecían de la experiencia tecnológica necesaria para el éxito. De las empresas encuestadas, menos de un tercio afirmó conocer las tecnologías fundamentales para el éxito. En concreto, solo el 37 % de las encuestadas reconoció “saber mucho” sobre la IA, mientras que el 33 % tenía conocimientos sobre IIoT. Un 29 % afirmó tener conocimiento sobre la realidad aumentada y virtual, un 31 % sobre el análisis en la nube y un 27 % sobre robótica.

Todos estuvieron de acuerdo en que existe la necesidad de implementar y mantener de manera efectiva iniciativas de transformación digital unificadas e integrales. Dada la complejidad de los sistemas IIoT, las empresas buscan socios que puedan llevar a cabo implementaciones a gran escala. La solución debe abordar los sistemas de ejecución de fabricación y análisis, así como actuar como una plataforma de IIoT completa.

Tecnologías habilitadoras

Recientemente, las tecnologías de transformación digital han avanzado de forma significativa y, ahora más que nunca, es el mejor momento para ver cómo estas tecnologías habilitadoras pueden ayudarlo a obtener un personal que trabaje de forma más inteligente y segura.

La realidad aumentada ayuda a resolver problemas complejos de planta, así como a mejorar la productividad y la eficacia del personal. Harpak-ULMA, líder en soluciones de envasado, implementó recientemente una solución de transformación digital con FactoryTalk® InnovationSuite, con tecnología PTC, y la plataforma de realidad aumentada Vuforia. Esta nueva solución amplió la conectividad de IoT de la empresa.  Con el uso de aprendizaje automático y análisis predictivo, Harpak-ULMA fue capaz de reformular los modelos empresariales de mantenimiento y las estructuras de costos de los clientes.

Hoy en día, la industria de fabricación tiene otro desafío en el elevado costo de los métodos tradicionales de diseño de máquinas y líneas de producción, puesta en marcha e inicialización, lo que puede obstaculizar el lanzamiento al mercado. Por eso, muchos fabricantes de bienes de consumo empaquetados (CPG) recurren a la emulación para investigar, probar y comprobar sus procesos en un espacio virtual. Las empresas de CPG obtienen importantes ventajas en el momento del lanzamiento de sus productos gracias a la tecnología de emulación. Los avances en la visualización, el software de diseño y la capacitación hacen que su uso sea más fácil que nunca.

Emulate 3D de Rockwell Automation desarrolla software de gemelos digitales para la puesta en marcha virtual, la simulación del rendimiento y la demostración industrial. El uso de un modelo 3D en lugar del sistema automatizado real ofrece la oportunidad de aprovechar la simulación y la puesta en marcha virtuales para dar vida a sus máquinas y líneas de producción para obtener resultados realistas, mientras se reducen los costos y los riesgos involucrados.

Tecnologías digitales para los fabricantes de equipo original

La demanda de máquinas más inteligentes habilitadas para IoT está aumentando rápidamente. Existe una fuerte necesidad de mercado para que los fabricantes de equipo original reinventen sus operaciones con tecnologías de transformación digital con el fin de satisfacer esta demanda.

Integrar máquinas inteligentes en el sitio del usuario final de forma rápida y rentable es un desafío fundamental para muchos fabricantes de equipos originales. Afortunadamente, las innovadoras herramientas de diseño de sistemas de control ayudan a ello. En el centro de esta nueva funcionalidad, están las instrucciones de diseño del sistema, las cuales permiten configurar “objetos inteligentes” que formen parte de la estructura de tags. Los “objetos inteligentes” identifican qué datos se deben recopilar y cómo y cuándo hacerlo. Este nuevo enfoque del diseño de sistemas de control de máquinas inteligentes simplifica una de las partes más arduas del proceso de integración, antes de que su máquina llegue a la planta.

Las últimas tecnologías de visualización, incluidas la realidad aumentada, la realidad mixta y la realidad virtual, pueden ayudar a los fabricantes de equipo original, lo que mejora las capacidades de los trabajadores y crea procesos más seguros y productivos. Las tecnologías de visualización ofrecen la capacidad para transmitir la inteligencia del fabricante de equipos directamente al dispositivo del ingeniero. Juntos, examinan la máquina, reúnen información adicional, identifican la causa subyacente del problema y recomiendan una solución en minutos, no días.

Cómo superar las barreras

Los beneficios de la transformación digital en todos los sectores son innegables. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la mayoría de las iniciativas digitales fracasan antes de que se implementen por completo. Un estudio reciente realizado por Gartner estimó que el 85 % de los proyectos de big data fracasan en todos los segmentos del mercado.

Existe una serie de riesgos que hay que tener en cuenta al navegar por una nueva iniciativa de transformación digital, que incluyen:

Falta de comprensión de la digitalización
Tan importante como conocer el impacto de la transformación digital en una empresa, es definir lo que no significa. Las empresas deben definir claramente qué significa la transformación digital para su negocio y qué les gustaría lograr. La transformación digital se compone de tecnología, procesos y personas, y debe posicionarse como un facilitador para la transformación de la empresa.

La transformación digital como estrategia independiente
Un estudio reciente realizado por MIT Sloan demostró que solo el 28 % de los ejecutivos y gerentes intermedios responsables de ejecutar la estrategia eran capaces de enumerar tres de las prioridades estratégicas de su empresa. Cuando la transformación digital no se incorpora a la estrategia general de la empresa, el proyecto no recibe el nivel de priorización y financiamiento para alcanzar el éxito a largo plazo.

Pensar en la tecnología en lugar de pensar en los problemas
A medida que avanza la transformación digital, a menudo se añaden soluciones tecnológicas a instancias de patrocinadores o miembros ejecutivos, o del equipo del proyecto. Sin embargo, es importante recordar que cuando se trata de tecnología, más no significa necesariamente mejor.

El desafío a las habilidades del personal
El uso de herramientas digitales a menudo se considera un esfuerzo técnico, sin embargo, la adopción y el uso de soluciones digitales requiere algo más que habilidades técnicas. A la hora de contratar, las empresas deben encontrar empleados que posean conocimientos digitales y curiosidad, sin descartar a aquellos candidatos que carezcan de conocimiento técnico.

Aplicaciones personalizadas e internas
Aunque una solución de software personalizada pueda parecer perfecta al inicio, es importante recordar que a menudo estas no pueden ser actualizadas ni modificadas por nadie más que por la persona que las creó. Sin embargo, los nuevos productos basados en la configuración permiten a las empresas desarrollar e implementar experiencias como la realidad aumentada y la simulación de la cadena de suministros, sin gastar una cantidad excesiva de tiempo y recursos para diseñar una solución personalizada.

Falta de un plan con capacidad de escalado
Un estudio reciente realizado por New Everest Group demostró que hoy en día el 78 % de las empresas no consigue escalar su iniciativa digital. A menudo, la transformación digital se lleva a cabo en silos donde las empresas no planifican la escalabilidad para toda la empresa. Los análisis escalables permiten el desarrollo de experiencias analíticas en operaciones de unidad, pero con la capacidad de multiplicarse a diferentes áreas de la empresa.

No hay una justificación comercial con un claro retorno de la inversión
El valor de la transformación digital es tan obvio que los proyectos a veces se impulsan sin tomar el tiempo para definir cada iniciativa del proyecto y tomar nota del valor y el riesgo asociados con ella. Para no perder de vista esto, es importante priorizar qué componentes del proyecto iniciar, continuar o detener para después seleccionar las mejores iniciativas, el próximo mejor conjunto para ser supervisado de forma estratégica y el conjunto para descartar el caso de negocios más débil.

Proveedores y asociaciones incorrectos
En la actualidad, estamos rodeados de una enorme cantidad de soluciones tecnológicas de diferentes proveedores. A menudo, estos proveedores están tan concentrados en vender sus soluciones que se olvidan de satisfacer las necesidades legítimas del comprador. Las empresas deben buscar proveedores que comprendan las últimas tecnologías digitales y tengan experiencia en vincular estas tecnologías con sus necesidades.

Desafíos en la integración de la infraestructura heredada
Un informe realizado por Manufacturing Performance Institute demostró que solo el 50 % de todos los fabricantes tiene sistemas empresariales que gestionan de forma adecuada sus procesos. Afortunadamente, las nuevas plataformas de Internet de las cosas facilitan la integración de sistemas obsoletos, sin requerir una revisión completa.

Entrar en el mundo digital

La ingeniería digital es la base del futuro. Esta proporciona las tecnologías necesarias para que la industria se enfrente a sus mayores desafíos. Cuando se inicia la transformación digital, es importante definir una estrategia y esbozar un plan de desarrollo claro.

Es importante abordar la transformación digital como un viaje, no como un destino a alcanzar. Con la definición y planificación adecuadas, la mejora de las habilidades de los trabajadores y una integración de iniciativas digitales en toda la empresa, la transformación digital puede ofrecer resultados increíbles.