Conseguir esto no es fácil, y ha dado nacimiento a la Industria 4.0 (la cuarta revolución industrial), también conocida como producción inteligente, en la que se integran profusamente Tecnologías y la Información, Comunicación y Asistencia Digital a la toma de decisiones.
En este modo de producción se integran en tiempo real roles y funciones que tradicionalmente han sido compartimentos cuasi estancos, debiendo prestarse especial atención a:
- Recursos
- Interconexión
- Integración de sistemas
- Integración de la información
- Tipos de negocios emergentes
A través de la introducción de la tecnología de la información y la comunicación (TIC), se recopila, comparte y utiliza la información de los datos de producción de diferentes maneras, permitiendo la diversificación y personalización de productos y servicios, acortando el tiempo de respuesta del proceso productivo, reduciendo su costo y mejorando continuamente la productividad industrial.
Resumiendo: la i 4.0 orienta a las empresas a utilizar tecnologías digitales, en red e inteligentes para desarrollarse hacia un modelo de innovación permanente.
Esta pequeña planta de entrenamiento ocupa una superficie de solo 2,1 x 2,1 m, consume un máximo de 2 kW y lleva a cabo el control con PLCs de Siemens de la serie S7-1200, programados con TIA Portal, comunicaciones con redes OPC UA, firewalls y VPN, sensores, variadores de velocidad, actuadores neumáticos y coordinación general a cargo de un MES (Manufacturing Execution System).
Descripción general de la planta
- La planta está destinada al armado de artículos con tres piezas: base, oblea y tapa, siendo personalizable el color de cada una de ellas
- Los pedidos se mueven en pallets reciclables, que son trasladados en un anillo formado por 4 cintas transportadoras
- En los extremos de las cintas se encuentran estaciones encargadas de tareas específicas:
- Almacenamiento y suministro de bases
- Almacenamiento y suministro de obleas
- Almacenamiento y suministro de tapas, armado final.
- Depósito para expedición de productos terminados
Descripción general del proceso
- Un cliente carga un pedido:
- A través de una plataforma en la nube o de una app de la empresa
- Personaliza su pedido eligiendo el color de base, oblea y tapa
- Eventualmente, un operador puede cargar un pedido equivalente en el HMI de la primera estación
- En la estación de alimentación de bases:
- Se recibe una orden de producción desde el MES
- Se admite un pallet en la cinta transportadora
- Un pin, extendido por un cilindro neumático, frena el pallet debajo de la bahía de descarga de las bases del color elegido
- Un actuador neumático descarga una base al pallet
- El pin de freno se retrae y la cinta lleva el pallet hasta una segunda parada donde hay un transceptor de RFID
- El transceptor RFID graba la información del pedido en un chip solidario al pallet
- El segundo pin de freno se retrae y el pallet sigue su ruta
- Todo el proceso es controlado por un PLC local con su correspondiente HMI. En producción automática el PLC está bajo el comando del MES, pero también es posible operar cada una de sus acciones localmente a través del HMI.
- En la Estación de integración de obleas:
- Llega el pallet con la base
- Un cilindro neumático activa el mecanismo de parada correspondiente, que en este módulo es el mismo para cualquiera de los colores de contenido disponibles
- La oblea es retirada de la estiba correspondiente a su color requerido, transportada e insertada en una bahía de la base usando un un módulo de manipulación con sensores, reguladores, movimiento en x con correa dentada, movimiento en z con cilindro neumático y ventosas de vacío
- El pin de freno se retrae y el pallet avanza hasta una segunda parada
- La información del producto se actualiza mediante RFID
- El segundo pin de freno se retrae y el pallet sigue su ruta
- Todo el proceso es controlado por un PLC local con su correspondiente HMI. En producción automática el PLC está bajo el comando del MES, pero también es posible operar cada una de sus acciones localmente a través del HMI.
- Estación de montaje de tapas:
- El pallet llega a la estación
- Un cilindro neumático activa el mecanismo de parada correspondiente, que en este módulo es el mismo para cualquiera de los colores de tapas disponibles
- Un sistema de dispenser con cilindros neumáticos descarga una tapa del color correspondiente al pedido sobre una bahía de almacenamiento intermedia
- Un brazo pick and place con movimientos x e y generados con cilindros neumáticos y ventosas de vacío toma la tapa de la bahía intermedia y la lleva hasta el punto de ensamble, donde lo esperan el pallet, la base y la oblea elegidas
- Un transceptor RFID actualiza la información en el chip del pallet
- El pin de freno se retrae y el pallet sigue su ruta
- Todo el proceso es controlado por un PLC local con su correspondiente HMI. En producción automática el PLC está bajo el comando del MES, pero también es posible operar cada una de sus acciones localmente a través del HMI.
- Almacenamiento y clasificación para expedición de los productos terminados:
- El pallet llega a la estación
- Un cilindro neumático activa el mecanismo de parada correspondiente, que en este módulo es el mismo para cualquiera de los colores de contenido disponibles
- Se lee la información de la orden con RFID
- Un manipulador, formado por un servomotor con correa dentada para el eje x, un motor paso a paso con un tornillo para el eje z y ventosas de vacío retira la caja terminada del pallet y la deposita en una de 3 bahías disponibles para expedición
- Se borra el contenido del chip con RFID
- Se retrae el freno y el pallet es llevado por la cinta a una posición de espera, reciclándolo para un nuevo ciclo de producción
- Todo el proceso es controlado por un PLC local con su correspondiente HMI. En producción automática el PLC está bajo el comando del MES, pero también es posible operar cada una de sus acciones localmente a través del HMI.
Al efectuar estos procesos, se cubren con trabajo experimental temas de:
- Comunicación MODBUS entre PC y RFID
- Comunicación Profinet entre PC y PLC
- Comunicación entre MES y PLC
- Aplicaciones de HMI y stepping
- Aplicaciones de la tecnología de comunicación por bus
- Aplicación de redes de automatización industrial
- Aplicaciones de PLCs
- Aplicaciones con controladores de motores (variadores)
- Aplicaciones de sistemas de control de movimiento
- Diseño y construcción de modelos digitales 3D
- Debugging virtual de PLC
- Diseño de disposición en 3D de una línea de producción
- Simulación mecatrónica colaborativa:
- Interferencia mecánica
- Verificación cinemática de los mecanismos
- Verificación dinámica de los mecanismos
- Aplicaciones de sistemas MES
- Aplicaciones de bases de datos SQL
- Aplicación Heidi de SQL
- Aplicación de la tecnología de software Wireshark
- Aplicaciones de RFID
- Redes:
- Seguridad
- Planeamiento
- Cableado
- Configuración de Firewalls
- Configuración de Gateways
- Logística
- Tecnología IOT (Internet de las Cosas)
- Desarrollo y aplicación de APPs
- Desarrollo y aplicación para Web
- Aplicaciones en C#(sharp) o Java y Javascript
Detalles del MES utilizado
- Coordina el trabajo de las 4 estaciones
- Distribuye roles y permisos
- Maneja las bases de datos
- Registra los eventos
- Toma órdenes de compra via Internet
- Devuelve información de seguimiento a los clientes con códigos QRs
- Administra las secuencias de atención y consolidación de pedidos para optimizar la logística
- Administra los equipos de producción y tareas de mantenimiento
- Administra stocks de materias primas y productos terminados
Gemelo digital
- Simulador 3D que permite emular el funcionamiento de la planta para diseñar y optimizar procesos
- El simulador también puede ejecutar en forma híbrida, tomando datos de los procesos reales a través de sus PLCs