10/11/2020
Manuel Sanchez Gallizo, Responsable de Producto SINUMERIK en Siemens
Este sector también avanza hacia la fábrica digital del futuro
Edge Computing: Digitalización en la fabricación de la máquina herramienta
SINUMERIK Edge – Adquisición y análisis de datos en alta frecuencia a pie de máquina. SINUMERIK Edge – Adquisición y análisis de datos en alta frecuencia a pie de máquina.// FOTO: Siemens
Adaptada a las necesidades del sector industrial, SINUMERIK Edge trae nuevas tecnologías y posibilidades directamente al sector de la máquina herramienta. El acceso a datos y el uso de aplicaciones de analítica de datos, ya sean suministradas por Siemens o por terceros, generan un alto valor añadido a los clientes a nivel de máquina de producción.

La digitalización también está avanzando en la fabricación en el sector de la máquina herramienta. Sin embargo, muchas máquinas y plantas no están preparadas a día de hoy para seguir el ritmo de este desarrollo. Con Industrial Edge, le ofrecemos una herramienta clave para ayudarle en su camino hacia la fábrica digital del futuro.
Para entender correctamente qué es Edge Computing, primero hay que comprender antes los conceptos de Cloud Computing e IoT (Internet of Things):

  • Cloud Computing: El usuario interacciona con unos datos que se encuentran almacenados en un servidor remoto, al que se accede a través de Internet. El servidor procesa la solicitud de los datos y devuelve una respuesta. Este proceso tarda un tiempo en llevarse a cabo, el cual depende de muchos factores, como puedan ser: velocidad del servicio de Internet contratado, cantidad de datos solicitados, número de solicitudes tramitadas por el servidor remoto, etc…
  • IoT: Es el sistema que conforman miles y miles de dispositivos, máquinas y objetos interconectados entre sí y a internet. Los datos capturados por estos dispositivos son subidos a un Cloud Computing pero, debido a que la comunicación entre el dispositivo IoT y el servidor remoto (Cloud) no es inmediato, el procesamiento de los datos no es óptimo.

El término “Edge Computing” significa simplemente desplazar la potencia de cálculo al “límite” de una red lo más cerca posible de donde los datos están siendo generados, Es decir, consiste en acercar la nube hasta el usuario, hasta el borde mismo (edge, en inglés) de la red.

Lo que importa cuando hablamos del borde de la red es que todos esos elementos tienen una característica en común: procesadores. Todos tienen la capacidad de procesar y manejar grandes volúmenes de datos localmente. El resultado del procesamiento de los datos utilizando edge computing se generan como Metadatos que pueden ser enviados a cualquier tipo de destino: ERP (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution System) o a sistemas Cloud.

Gracias a ello, con el Edge Computing podemos virtualizar las capacidades del servidor y habilitamos que el poder de procesamiento ocurra en esos dispositivos edge. Eso permite mover capacidades que antes estaban “lejos”, en un servidor en la nube, muchísimo más cerca de los dispositivos. Es un cambio de paradigma que lo revoluciona todo. Las funciones son similares, pero como el procesamiento sucede mucho más cerca, la velocidad se dispara, la latencia se reduce y las posibilidades se multiplican.

Procesamiento de los datos de una red con SINUMERIK Edge

Industrial Edge es un paraguas que cubre un amplio rango de productos y servicios en el área del Edge Computing. Un core tecnológico estándar que permitirá a Siemens revolucionar la producción industrial en el futuro utilizando Edge Computing. SINUMERIK Edge es el primer producto disponible en el mercado que realiza este concepto: un sistema punto a punto diseñado específicamente para las necesidades de fabricación con máquinas herramienta.

Digitalización incluso para máquinas con tecnologías obsoletas

Un elemento fundamental de SINUMERIK Edge es su separación del proceso de automatización. En consecuencia, la última tecnología de IT se puede integrar fácilmente en las tecnologías operativas existentes: las aplicaciones complejas con uso intensivo de la computación que utilizan el análisis de datos y la inteligencia artificial (IA) pueden ejecutarse en un entorno protegido separado, sin consumir recursos de la potencia informática de la propia máquina herramienta, los cuales deben de centrarse en la operatividad del HMI. La separación de la automatización también permite un uso simplificado en máquinas ya existentes en la zona industrial obsoleta, así como la conexión de algunos controladores de terceros. Además, la comunicación de feedback de SINUMERIK Edge a la máquina se produce bajo condiciones estrictamente controladas; en otras palabras, el funcionamiento de la máquina está garantizado en todo momento.

Acceso único a los datos de la máquina herramienta gestionados a través de Sinumerik Edge

El acceso a los datos de SINUMERIK se proporciona a través de una interfaz patentada en la NCU (Numeric Control Unit), que incluye un time-stamp, de forma continua y determinista a una velocidad de hasta 1000 valores por segundo. Las variables OPI y PLC (Programmable Logic Controller), incluyendo los informes de estado y las alarmas, están disponibles en SINUMERIK Edge. El acceso a los datos es muy eficiente: las pruebas en el sitio para un cliente en condiciones realistas solo revelaron una carga adicional de aproximadamente el uno por ciento en el procesador de la NCU. La utilización de un cliente OPC-UA (Open Platform Communications United Architecture), una interfaz de PLC y otros mecanismos disponibles en el futuro permitirán conectar el sistema con otros tipos de máquinas.

SINUMERIK Edge también es un sistema gestionado. Los clientes se benefician de tener un sistema completo preconfigurado para la industria que siempre refleja el último estado del arte del producto. Edge Management le permite tener el último sistema operativo, parches de seguridad y componentes de software en sus dispositivos. También puede distribuir y actualizar sus aplicaciones de manera eficiente.

Desarrollo y comercialización de aplicaciones individuales basadas en nuevos modelos de negocio con SINUMERIK Edge

Los clientes también pueden programar sus aplicaciones ellos mismos. SINUMERIK Edge ofrece un SDK de aplicación basado en Docker que los clientes pueden usar para programar sus propias aplicaciones fácilmente usando lenguajes comunes de alto nivel como Python y C ++. En el futuro estará disponible un mercado para que los fabricantes de máquinas herramienta y las empresas de software vendan sus propias aplicaciones.

Esto permitirá que los fabricantes de máquinas y los Service Partners pongan su experiencia a disposición de sus clientes a través de una plataforma segura y escalable. Por tanto, Industrial Edge abre un campo de actividad para nuevos modelos de servicio y negocio.

Beneficios para el cliente de la digitalización en el taller con las aplicaciones SINUMERIK Edge

Siemens ya ofrece aplicaciones propias para la máquina herramienta en Sinumerik Edge. Las aplicaciones SINUMERIK Edge se pueden dividir básicamente en tres categorías:

  • Analizar y asegurar la calidad del proceso y de la pieza.
  • Asegurar la estabilidad del proceso.
  • Mejorar la productividad aumentando la producción y ahorrando recursos.

Analizar y asegurar la calidad del proceso y de la pieza

La primera etapa para optimizar la calidad de la pieza de trabajo es analizar los datos de la máquina de alta frecuencia y optimizar los programas de la pieza. Esto permite mejorar la calidad del producto de forma continua y a largo plazo.

La siguiente etapa de evolución, por así decirlo, es el control continuo de la calidad durante la producción. Siemens también tiene una herramienta para esta tarea que permite monitorear los datos de posición, potencia y desviaciones a intervalos de milisegundos. Los modelos estadísticos y basados en inteligencia artificial se pueden usar para identificar desviaciones en la calidad del procesamiento. Una aplicación de ejemplo en esta área implica identificar el desgaste de la herramienta para garantizar un uso más eficaz de los recursos.

La inteligencia artificial para el reconocimiento de imágenes también se está abriendo camino en los procesos de producción industrial gracias a SINUMERIK Edge. Las redes neuronales capacitadas reconocen el tipo y la posición de la pieza de trabajo y, por lo tanto, ayudan a garantizar la calidad del proceso. Aquí también, la capacidad de identificar el desgaste de la herramienta es otra aplicación útil. Un proceso de categorización identifica el mejor momento para reemplazar la herramienta.

Asegurar la estabilidad del proceso

Una condición previa básica para la estabilidad del proceso es una máquina herramienta mecánica y eléctricamente intacta. Para determinar si la máquina está en perfecto estado y responde a las desviaciones, Siemens ofrece una aplicación que produce una huella mecánica de la máquina herramienta. Las pruebas de ejes ejecutadas regularmente registran el estado de la máquina herramienta utilizando un amplio número de variables. La aplicación proporciona una ilustración y un análisis de valores de referencia de forma clara e intuitiva, tanto desde una perspectiva histórica en una máquina específica como una comparación de muchas máquinas diferentes. El mantenimiento predictivo aumenta la disponibilidad de la máquina herramienta y asegura que la máquina funcionará con el grado de precisión necesario para cumplir con los más altos requisitos de calidad.

Collision avoidance utiliza un gemelo digital de la máquina herramienta y de la pieza para ayudar a salvaguardar el proceso de la fabricación en el futuro. El algoritmo necesario para llevar a cabo esta tarea se ejecutará directamente sobre la máquina.

Mejorar la productividad aumentando la producción y ahorrando recursos

Cuando se trata de mejorar la productividad, Siemens tiene un tipo avanzado de fresado trocoidal en su cartera. En lugar de descender por la ranura en línea recta, con el fresado trocoidal cada corte es un arco circular, básicamente utilizando una herramienta con un diámetro más estrecho y ofreciendo un corte más profundo en el material. La interpolación polinómica permite crear trayectorias centrales de herramientas con velocidades variables coordinadas individualmente con la dinámica de la máquina. Estos elementos dan como resultado una distribución más uniforme de la fuerza y una eliminación limpia de las virutas. Los usuarios se benefician de tiempos de procesamiento más cortos y una mayor vida útil de la herramienta.

La segunda aplicación de esta categoría mejora la productividad al reducir el tiempo de ciclo. En grandes almacenes con muchas herramientas, el hecho de que las herramientas se coloquen al azar y que se requiera mucho tiempo para prepararlas a menudo resulta en una pérdida de tiempo. Siemens tiene una aplicación SINUMERIK Edge para manejar esto: utiliza un proceso de optimización matemática para determinar la mejor posición para las herramientas en la revista.

Dé el siguiente paso hacia su futuro digital con Siemens

Como sistema específico de la industria, SINUMERIK Edge ofrece a los usuarios muchas oportunidades para optimizar los procesos a nivel de máquina. En definitiva, el concepto Industrial Edge jugará un papel fundamental en la digitalización de la producción industrial. Dé el siguiente paso hacia su futuro digital con el Edge Computing de Siemens.

Manuel Sanchez Gallizo
Responsable de Producto
SINUMERIK en Siemens


Este artículo aparece publicado en el nº 523 de Automática e Instrumentación, págs. 31 a 34.
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