La digitalización en los procesos de maquinado y sistemas periféricos

Los responsables de la toma de decisiones en las empresas de manufactura necesitan una visión continua de la productividad y la disponibilidad técnica, ya que estos siguen siendo los parámetros clave. Además, el sector metalmecánico está sujeto a desafíos que incluyen la sostenibilidad y la escasez de trabajadores calificados, y este último exige un enfoque creativo. Se dice que la digitalización ayuda a superar estos desafíos, según el lema “el conocimiento es poder”.

Con un número creciente de sensores y programas inteligentes, cada vez es posible recopilar más y más datos sobre las máquinas-herramienta. Una vez que se han sometido a un procesamiento adicional, estos datos pueden ofrecer información crucial para ayudar a optimizar los procesos.

DMG MORI ha obtenido algunos resultados particularmente impresionantes, respaldados por cifras: uno de los objetivos de digitalización del grupo es poder iniciar la producción más rápido utilizando el gemelo digital. En este proceso, se hace una representación virtual de cada máquina-herramienta real en DMG MORI.

Incluso antes de la instalación, este gemelo digital brinda soporte cuando se diseñan sistemas de producción con capacidades de automatización flexibles o cuando se brinda capacitación. Ofrece una representación dinámica de todos los componentes, funcionalidades y ejes, así como de todas las funciones de control NC y PLC, incluidos los ciclos correspondientes.

Esto le da a DMG MORI un aumento en la velocidad de hasta un 40 % al iniciar la producción. Al mismo tiempo, los costos se reducen hasta en un 30 % y las colisiones se descartan por completo, lo cual es extremadamente importante para garantizar operaciones fluidas y eficientes.

Grob: control predictivo de sistemas

Resultados como los anteriores dan a las personas la motivación para comprometerse intensamente con la digitalización y el desarrollo de nuevas soluciones para la optimización de la producción y los procesos.

Una de esas personas es German Wankmiller, presidente de la junta y director ejecutivo de Grob: “Para la ingeniería mecánica y la construcción de plantas, la Industria 4.0 ofrece grandes oportunidades y proporciona una base para operar maquinaria y sistemas de una manera que conserva los recursos al tiempo que ofrece flexibilidad y productividad. Este desarrollo está lejos de estar completo, ya que es un proceso ágil que está en constante flujo, con nuevos cambios técnicos que surgen casi semanalmente”.

Para Wankmiller, las soluciones digitales han sido un elemento fijo en la industria durante muchos años debido al proceso de globalización. De hecho, cree que la demanda por el desarrollo de soluciones y productos nuevos y avanzados en el campo de la digitalización seguirá aumentando en los próximos años en toda la industria.

Wankmiller afirma que los beneficios son obvios: “En entornos de producción heterogéneos en particular, los conceptos de automatización y digitalización pueden aumentar significativamente la eficiencia de los empleados y los sistemas. Pero también es necesario establecer interfaces para interconectar estos sistemas”, dice Wankmiller.

En vista del mayor desarrollo de la conectividad universal y opciones de ajuste más flexibles, las aplicaciones desarrolladas de forma modular por Grob se pueden utilizar para conectar todo tipo de maquinaria y controladores de todos los fabricantes —no solo de Grob— dentro de GROB-NET4Industry en una plataforma de digitalización integral. Esto permite a los usuarios analizar el rendimiento de sus máquinas y optimizar los procesos.

La empresa mostrará este avance en la próxima feria AMB, a realizarse del 13 al 17 de septiembre de 2022, con GROB-NET4Industry integrado en todas las máquinas que se exhibirán. Los visitantes podrán experimentar de primera mano las soluciones que ofrece la compañía para aumentar la transparencia en la producción y la manufactura.

Los módulos dentro de GROB-NET4Industry permiten organizar tanto las áreas de producción como las de apoyo relacionadas con el mecanizado con el objetivo de garantizar la utilización óptima de las máquinas-herramienta de alta calidad y precisión.

En combinación con el sistema de planificación de recursos empresariales del usuario, el MES permite que la gestión, la planificación y el control de pedidos se completen en las máquinas. Desde la planificación, el control y el análisis de la producción hasta la visualización de procesos en el procesamiento de piezas de trabajo, pasando por el servicio y el mantenimiento proactivos, todas las áreas de producción están vinculadas.

Los productos GROB-NET4Industry cuentan con plataformas de integración para todos los tipos de máquinas. El objetivo es permitir la implementación de conceptos de digitalización independientes del fabricante y ofrecer a todos los clientes un amplio soporte de proyectos.

Gemelos digitales para sistemas de producción ágiles

MAG IAS, una empresa del Grupo FFG, ha investigado los beneficios de la puesta en marcha virtual utilizando gemelos digitales y su impacto en los proyectos. Los resultados del análisis de costo/beneficio de los gemelos digitales antes de la introducción dieron una imagen clara.

Mover o dividir el proceso de puesta en marcha no implica una reducción del volumen de horas de trabajo requeridas. Sin embargo, mover parcialmente el proceso de puesta en marcha a la fase de planificación y adquisición, en otras palabras, en paralelo con las secciones que determinan el tiempo de procesamiento, reduce la puesta en marcha y, por lo tanto, el tiempo de procesamiento del proyecto.

A través de la digitalización del proceso de puesta en marcha, las pruebas funcionales pueden repetirse automáticamente con mayor frecuencia incluso cuando no hay un operador presente.

Los resultados de la investigación mostraron que la detección y reparación de errores esporádicos durante la puesta en servicio virtual reduce los gastos posteriores no planificados necesarios para la resolución de problemas después de la entrega. La experiencia con el gemelo digital del proceso, que ha estado en uso durante varios años, ha demostrado que un programa NC con optimización de tiempo y ruta puede ponerse en funcionamiento sin riesgo de colisiones.

El gemelo de proceso digital en el proyecto MAG es un modelo de espacio de trabajo que simula los movimientos de los ejes, los tiempos improductivos relacionados con el proceso, el dispositivo de sujeción, la pieza a procesar y las herramientas de corte requeridas. En comparación con la puesta en marcha de PLC, el proceso de puesta en marcha de NC es muy corto, pero ofrece claras ventajas en términos de calidad y tiempo. Esto lo convirtió en una de las motivaciones para desarrollar el producto gemelo digital para la puesta en marcha virtual.

Equipos de sujeción con sistema de medición inteligente

En lugar de solicitar soluciones individuales, la mayoría de los usuarios ahora están preocupados por cómo pueden implementar un proceso de producción integral y eficiente. Stefan Nitsche, jefe del departamento de productos principales de Hainbuch, también ha descubierto que este es el caso:

“La tendencia que hemos identificado en nuestra empresa es que los clientes ya no piden simplemente tecnología de sujeción pura. En su lugar, quieren reducir los tiempos de configuración utilizando sistemas de cambio rápido o sistemas de sujeción inteligentes. Otra solicitud común es minimizar la tasa de desechos tomando medidas en línea durante el proceso de producción. Desde nuestro punto de vista, la integración de productos electrificados en el espacio de trabajo se ha convertido en la tecnología de punta”, dice.

Sin embargo, esto no significa que el trabajo haya terminado, sino todo lo contrario. Las soluciones digitales tangibles son más importantes que nunca: “Las empresas ya no pueden evitar los productos y servicios adicionales digitales, porque prácticamente todos hoy en día están en camino hacia un futuro digital. Incluso en la ingeniería mecánica, donde los engranajes se mueven un poco más lentamente, los clientes buscan cada vez más ofertas digitales. En 2018, creamos el departamento de Transformación Digital como una forma de digitalizar tanto los procesos internos como nuestra oferta de servicios para los clientes”, dice Nitsche.

Sin embargo, para que la digitalización tenga éxito, hay ciertos aspectos clave que deben tenerse en cuenta: “En primer lugar, los trabajadores y operadores de máquinas deben contar con una interfaz de usuario simple e intuitiva. El objetivo debe ser que personas y robots trabajen en una especie de simbiosis y consigan el máximo para su empresa. No todas las soluciones de automatización se pueden conectar fácilmente a través de plug-and-use. Las máquinas existentes más antiguas a menudo no están diseñadas para esto. Es por eso que agregamos Vischer & Bolli Automation al Grupo Hainbuch. La gama de soluciones incluye el vínculo entre la máquina-herramienta y el sistema de automatización, pero también cubre el sistema de sujeción y el suministro de herramientas. Eso significa que también cubren la logística y la coordinan con actividades que se ejecutan en paralelo con el tiempo de procesamiento primario”, explica Nitsche.

Hainbuch también exhibirá su nuevo hardware en AMB: “Estamos trayendo sistemas de sujeción con un sistema de medición inteligente e integrado en la forma de nuestra serie IQ. Puede realizar muchas tareas diferentes de medición y monitoreo gracias a los sensores integrados. En algunos casos, incluso es posible reducir los dispositivos de medición. Los datos de medición se envían directamente al controlador de la máquina y se evalúan a través de datos sin contacto y transferencia de energía”, dice Nitsche.

Por su lado, Matthias Rapp, director de marketing global de Chiron Group, cree que hay un camino claro hacia mayores soluciones digitales, incluso con toda la personalización dentro de las empresas: “Cada compañía tiene su propia filosofía de producción, influenciada por las cantidades unitarias y la complejidad de las piezas de trabajo que se están procesando. Sin embargo, todas las empresas compiten entre sí y están bajo presión de costos. Para muchas empresas, operar un tercer turno sin personal o trabajar sin personal los fines de semana ya es el estándar”.

Aquí es donde ve más oportunidades: “Los sistemas de automatización inteligentes junto con las soluciones de digitalización inteligente agregan un valor claro para las empresas. En el Grupo Chiron nos vemos como pioneros en esta área ya que estamos ofreciendo múltiples soluciones digitales en el mercado. Estos también forman la base de nuestros servicios digitales: SmartServices. Por ejemplo, el sistema digital ConditionLine monitorea el estado de la máquina e informa los parámetros críticos. Si los husillos de bolas están desgastados, el cliente recibe una advertencia previa y puede reemplazarlos a tiempo”, dice Rapp.

Estas soluciones permiten a los usuarios ponerse en contacto rápidamente con el departamento de servicio del fabricante y organizar el trabajo de servicio y mantenimiento de manera específica. Todo esto es impulsado por equipos dedicados de diferentes departamentos. La digitalización a menudo se trata de trabajo en equipo, y esto es algo que Chiron Group entiende bien.

En cooperación con Chiron, Zoller ha desarrollado un sistema para el manejo automático de herramientas y el intercambio de herramientas llamado Cora. Como proveedor de dispositivos de ajuste y medición, así como de soluciones de software, trabajó junto con Chiron para desarrollar un sistema que se comunica directamente con los centros de mecanizado, permite la transferencia segura de datos y aumenta la productividad en las operaciones de procesamiento.

El trabajo preparatorio involucrado en el desarrollo de estas soluciones no es poca cosa: en este caso, Zoller necesitaba utilizar su experiencia central en el preajuste y la medición de las herramientas completas preparadas adecuadamente. El siguiente paso crucial en la solución inteligente es conectar en red el dispositivo de ajuste y medición con el centro de mecanizado. La transmisión de datos a través de etiquetas RFID es muy segura pero también extremadamente costosa. Una solución igual de segura y sencilla y económica de implementar, incluso para las empresas más pequeñas, es la transmisión de datos a través del código de matriz de datos.

En el dispositivo de preajuste, el código se escanea en el portaherramientas con un escáner de mano, la herramienta se mide y los datos reales se almacenan en la base de datos central de herramientas. En el centro de maquinado, también hay un lector de códigos para la identificación única de la herramienta. El controlador de la máquina recupera automáticamente los datos de medición, incluida toda la demás información necesaria para la herramienta, directamente de la base de datos de herramientas y los lee en la máquina. El proceso garantiza una identificación única y al mismo tiempo es automático y libre de errores.

Soluciones digitales en una ventana personalizada

Esta tendencia se está sintiendo en toda la industria, como lo demuestra otro ejemplo. El especialista en afilado Vollmer ofrece puertas de enlace IoT basadas en la web para sus máquinas afiladoras. Estos aseguran el intercambio de datos en red para guardar y evaluar datos de manufactura. Las puertas de enlace de IoT intercambian el proceso y los datos de fabricación entre los sistemas edge y los sistemas locales del cliente o una nube.

“Para Vollmer es importante impulsar la digitalización junto con nuestros clientes y socios, ya que existen diferentes beneficios para cada grupo objetivo. Para nosotros, se trata de una conexión en red lógica y eficiente de nuestras máquinas a través de diferentes plataformas IoT con el objetivo de mejorar los procesos de fabricación y generar nuevas ideas dentro del desarrollo de herramientas”, dice el Dr. Stefan Brand, CEO de Vollmer Group.

En este contexto, Vollmer ha adaptado sus productos y servicios complementarios digitales a las necesidades de los clientes a través de la iniciativa V@dison. El ejemplo más reciente es un portal de clientes basado en la web que brindará a los clientes acceso en línea a información digital sobre su propia maquinaria o la tienda de repuestos integrada.

La iniciativa comprende otras cuatro áreas: V@screen proporciona una descripción general de todos los parámetros relevantes de la máquina y redes de afiladoras con dispositivos finales. Garantiza un alto nivel de transparencia a través de una rápida disponibilidad y visibilidad de la información. V@check permite a los fabricantes de herramientas simular, probar y optimizar sus procesos de fabricación sin pérdida de material para reducir el tiempo de inactividad de la máquina. V@boost agrupa herramientas de software que optimizan el rendimiento de las máquinas afiladoras para piezas de trabajo específicas y amplían la gama familiar de funciones. Finalmente, V@guide detecta errores en un proceso predictivo. Es adecuado para el mantenimiento predictivo y la transferencia de conocimiento a través de módulos digitales o procesos de comunicación automatizados.

Supervisión digital de herramientas de corte en tiempo real

La información sobre el estado de la herramienta de corte durante el proceso de mecanizado puede proporcionar información valiosa para el operador y la organización. Para monitorear las herramientas en tiempo real, Horn trabajó en estrecha colaboración con Kistler Group para desarrollar un sistema de monitoreo de herramientas en tiempo real para usar en el proceso de torneado. Los expertos de Kistler contribuyeron con un sistema de medición dinámico para registrar la presión, la fuerza, el par y la aceleración.

El resultado de la asociación es el Piezo Tool System (PTS), que comprende un sensor de fuerza integrado en la herramienta de torneado que proporciona información sobre el estado de la herramienta durante el proceso de maquinado. Puede medir fuerzas desde tan solo unos pocos Newtons. La frecuencia de muestreo estándar es de 10 000 Hz, lo que permite medir incluso las fuerzas de corte más pequeñas. Esto permite a los operadores de máquinas detectar inmediatamente cualquier material de corte defectuoso u otros materiales, así como herramientas rotas.

Como resultado, se minimiza el desperdicio mientras se mantiene un alto nivel de calidad. Además, el usuario puede aprovechar al máximo la vida útil de las herramientas de forma específica.

Horn ofrece el portaherramientas controlado por sensor, un portaherramientas de torneado de vástago cuadrado, una unidad lineal para tornos automáticos de cabezal móvil Citizen y un portaherramientas base para máquinas automáticas multihusillos Index, así como para el sistema de herramientas Supermini. Actualmente se están desarrollando interfaces adicionales para otros fabricantes de máquinas.

Una visión digital del proceso de torneado y fresado

Como empresa, WFL Millturn Technologies se centra exclusivamente en la producción de centros de torneado, mandrinado y fresado. Pero cuando se trata de digitalización, el director Norbert Jungreithmayr cree que existen muy pocos límites:

“La digitalización industrial está afectando a la maquinaria, los procesos y los sistemas. La digitalización está mejorando la productividad industrial al establecer un mejor control sobre la capacidad física y funcional de las máquinas”.

El hecho de que los sistemas en la línea de producción estén mejor conectados y coordinados con los empleados a través de la digitalización significa que se reduce el tiempo de inactividad de la máquina, lo que, según él, mejora la confiabilidad de los sistemas y, en última instancia, aumenta la producción.

“Nuestra visión es una red inteligente y segura de máquinas y personas. Nuestra empresa adopta un enfoque riguroso con respecto al software y la conectividad, y equipa a los clientes con el paquete completo. Desde simulaciones en CrashGuard Studio hasta monitoreo de colisiones directamente en el controlador de la máquina, monitoreo de procesos con WFL iControl o toma de medidas a través de procesos de escaneo, los datos de producción son fácilmente accesibles gracias a nuestras soluciones de software WFL listas para usar”, dice Jungreithmayr.

En AMB, WFL presentará la herramienta ICOtronic, que está equipada con sensores y proporciona información sobre el proceso de corte lo más cerca posible del filo de corte. Su propósito no es solo optimizar los procesos de fresado en el futuro, sino también aumentar la productividad de la máquina.

Los visitantes de la feria también podrán disfrutar de una demostración en vivo de la tecnología de medición ultrasónica. Además, en la AMB se podrá ver el nuevo sistema de adquisición de datos operativos myWFL Cockpit que muestra el estado de la máquina y del programa a lo largo del tiempo, así como la productividad y la disponibilidad técnica. La visualización se proporciona en el controlador, en una PC o en un dispositivo móvil a través de un navegador.

Otra innovación es el dispositivo de medición del uso de energía myWFL Energy integrado en myWFL Cockpit, que muestra los datos actuales de rendimiento y consumo de energía, así como el consumo de energía para cada pieza de trabajo. Otro aspecto destacado de myWFL es el ciclo de monitorización de estado integrado. Cuando el ciclo está en marcha, los valores de fricción de los ejes y husillos, así como la temperatura en la carcasa del husillo de fresado y la vibración o el valor de condición del rodamiento del cojinete del husillo de fresado delantero, se registran y almacenan continuamente en el sistema de control.

En vista de las tendencias anticipadas, Jungreithmayr dice: “Es difícil mirar dentro de una bola de cristal, pero independientemente de cuestiones como la digitalización y la automatización, será igual de importante en el futuro seguir trabajando en estrecha colaboración con los clientes para que entendamos sus desafíos y pueden desarrollar e implementar soluciones. La complejidad está aumentando, por lo que consideramos que la colaboración eficiente con clientes y socios es la clave del éxito”.