Tendencias en el mundo de la Smart Factory: hacia una máquina inteligente

Artículo de Asier Ortiz, CTO de Lantek

Planteada esta premisa, ¿cómo debería ser la máquina del futuro? En anteriores Revoluciones Industriales los pilares fundamentales eran que permitiera fabricar más y más barato, mientras que en la Cuarta nos enfrentamos a la hiperconectividad e interoperabilidad, donde la máquina tiene que aprovechar no solo las tecnologías físicas, sino también las tecnologías digitales. El entorno de fabricación de la industria del metal que se vislumbra en el futuro está sensorizado para recopilar cualquier situación relevante en las máquinas, que están conectadas como cualquier otro sistema software y la información fluye, se comparte y se almacena en la nube para ser analizada gracias a la inteligencia artificial y al machine learning. Esta nueva situación posibilita arrojar nuevas respuestas, esta vez, predictivas y prescriptivas, que ayudan a las personas y a los sistemas a tomar mejores decisiones en tiempo real.

El desarrollo tecnológico, al calor de la Industria 4.0, avanza tan rápido que puede resultar pretencioso aseverar al 100% cómo serán las máquinas del futuro. Sin embargo, sí podemos aventurar por dónde van las tendencias y hacia dónde intuimos que hay que dirigirse. La máquina inteligente pasará a funcionar en el conjunto de sistemas como un sistema software más y eso obligará a los fabricantes de máquina herramienta a cambiar su paradigma respecto a cómo conciben, fabrican y despliegan sus máquinas en las plantas productivas de sus clientes.

Es un hecho que en estos momentos se está concibiendo la Smart Factory y clarificándose cuál será el rol de cada uno de los elementos que la conforman: máquinas, software de programación de las mismas, software de planificación de la producción, software de gestión del negocio, mecanismos de integración entre los diferentes sistemas empresariales, etc. La máquina que actúe dentro de una Smart Factory ha de ser una máquina inteligente por efecto de la incorporación de software como parte esencial de su sistema. Desde su creación, el software CAM genera el programa que ejecutará la máquina, pero hasta el momento han sido ajenos el uno al otro. La máquina del futuro incorporará funciones que ahora son propias exclusivamente del software externo a la misma. Es decir, en el futuro próximo la máquina se transformará en otro sistema software más, dentro de una solución de sistemas interconectados y que interoperan entre sí.

En cuanto al software de programación de la máquina (CAM), el reto es saber cómo van a ser sus nuevas arquitecturas y hasta dónde llegarán sus capacidades. En los últimos 40 años no ha evolucionado demasiado su base: Importadores CAD, generación de instrucciones a partir de una configuración y parametrización de la máquina, y reproducción de un fichero de control numérico para ejecutar en un control industrial. Todo ello, a partir de algoritmos y funcionalidad apoyados en interfaces de software instalados en un ordenador personal o bien, en ámbitos multiusuario, en un servidor conectado por red local. Hay que considerar que esta estructura y toda la capacidad que despliega el software que programa la máquina está apoyado en sus algoritmos y funciones y que éstos limitan su actual alcance potencial. 

Por ello, será necesario explorar si las nuevas posibilidades de obtener capacidad de cálculo adicional en entornos distintos a un computador local permiten ejecutar una nueva algoritmia mucho más potente. Se buscará que la ejecución se efectúe de forma desatendida e imperceptible para el usuario. Para que esto ocurra es muy probable que una parte importante de lo que hoy entendemos como elemento perteneciente al software CAM se traslade al “sistema máquina”. En definitiva, el software de programación se ha de centrar en conocer el resultado que precisa el cliente (calidad, costes, tiempo), así como en elementos que pudieran tener efecto en el proceso de fabricación.

El proceso productivo comienza en la captación del trabajo, prosigue con su planificación, y el consiguiente aprovisionamiento de materia prima o reserva de capacidades, se ejecuta a continuación en la planta productiva del corte en una máquina y de todas las operaciones posteriores y culmina con la entrega al cliente. Durante este proceso, el software de programación dejará a la maquina resolver las características específicas vinculadas a cada tecnología de corte para transformar un diseño en una pieza final cortada. Todo ello, con la imprescindible coreografía del proceso que se hace posible gracias a la integración del CAM con el sistema de planificación de la producción MES.

Determinar qué parte del software CAM actual ha de migrarse y fusionarse con la máquina es el nudo gordiano de la Smart Factory. De esa decisión se derivarán consecuencias en el resto de los sistemas implicados, afectará a la manera de relacionarse entre los diferentes sistemas, y definirá como se orquestarán los servicios que se ejecuten en la Smart Factory. Una máquina inteligente nos dirá, una vez comprobados los diferentes sensores y alarmas internas, en qué situación productiva se encuentra, si es capaz de realizar en tiempo toda la producción que se le ha asignado, solicitará asimismo atención para recuperar situaciones anómalas o bien modificar su planificación, y en definitiva, aportará una serie de datos que permitirán encontrar patrones de comportamiento que contribuyan a su mejor desempeño , así como a anticipar situaciones no deseadas.

La máquina del futuro trabajará de forma autónoma en una Smart Factory, siendo productiva y eficiente, evitará paradas no deseadas, dispondrá de todos los datos y aplicaciones, que le dotarán de inteligencia para tomar decisiones en tiempo real, y además, solicitará a funciones o servicios ubicados en la nube la resolución de decisiones o la obtención de datos complementarios, e informará de los resultados obtenidos, así como de los datos que ha utilizado. Estos datos podrán ser trabajados por sistemas analíticos que permitan la mejora y el aprendizaje en los sistemas de planificación, CAM o en la propia máquina, convirtiendo la solución en su conjunto en un “sistema experto”.

Hasta el momento, todo el sistema de la máquina debía alojarse y computarse con los recursos de la propia máquina. En nuestra visión, predecimos que la idea no es alojar más electrónica y capacidad de computación en la máquina, que sería entonces una aproximación antigua. Gracias a tecnologías como 5G, podremos disponer de conectividad y transferencia de información a alta velocidad y poder ubicar recursos de computación alejados de la máquina en sí, llegando a obtener los mismos efectos que hoy conseguimos con dispositivos integrados con la máquina localmente. Esto abre la puerta a que el software, aun estando albergado en la nube, siga siendo parte intrínseca del sistema de la máquina, lo que nos llevará a un nuevo nivel de computación, que abre un mundo de opciones a los servicios ya propios de la máquina. Hoy en día, ofrece un interfaz para ejecutar un CNC, mañana podría proponer infinidad de innovadores servicios con los que solucionar las necesidades de fabricación de la planta productiva o, directamente, de los clientes.  

Para poder utilizar y aprovechar al máximo las capacidades tecnológicas en la resolución de los problemas en la industria 4.0, hemos de determinar de forma clara qué procesos y qué datos vamos a ejecutar en la nube y cuáles se ubicarán en el entorno local. Con la máquina convertida en un sistema software más, su aportación será decisiva para el éxito del conjunto, aún más de lo que es en este momento. Esta arquitectura distribuida de sistemas inteligentes es la que nos debería de asegurar tanto para la máquina como para la fábrica en su conjunto una alta productividad y a la vez resolver los problemas de una manera más efectiva gracias a las nuevas tecnologías.