Los primeros en adoptar el concepto de manufactura "lights-out" (Automatización completa que no requieren presencia humana ) están aprendiendo a escalar la producción autónoma
Conforme las empresas manufactureras se plantean cómo será la "fábrica del futuro", parece probable que la producción autónoma dentro de una fábrica de lights-out o luces apagadas se extienda por todo el espectro industrial.
Las fábricas de luces apagadas llevan funcionando desde principios de los años ochenta. Se trata de líneas de producción en las que la actividad de los robots puede continuar sin parar, sin supervisión ni mantenimiento. El concepto de fábrica de luces apagadas, en la que las necesidades de actividad humana son tan mínimas que las instalaciones pueden funcionar en la oscuridad, es una especie de unicornio: una idea maravillosa, pero que probablemente no se materialice a corto plazo.
Dicho esto, las tecnologías digitales y de automatización necesarias para hacerla realidad están empezando a madurar, y las empresas de todos los sectores se enfrentan al reto de fabricar mejores productos, más rápido, baratos y sostenibles, a pesar de los retos de la cadena de suministro y la reducción de la mano de obra. Una fábrica oscura podría ayudar no solo a la sostenibilidad, sino también la productividad.
Las fábricas de luces apagadas no se han materializado
Se trata de una expectativa ambiciosa para la producción sin luces. Tradicionalmente, el tipo de fabricación que se presta a este tipo de planta industrial es la simple producción en masa en una disposición de línea fija. A medida que los productos son más sofisticados y la personalización o configuración masiva aumenta el número de variantes de los productos, la implementación de una fábrica completamente a oscuras parece mítica y fuera de nuestro alcance.
Aunque la automatización y las tecnologías de manufactura digital pueden ayudar a convertir el mito en realidad, los cambios deben ser graduales para aprovechar las ventajas (especialmente en instalaciones abandonadas en las que ya se han realizado grandes inversiones de capital).
Las fábricas de luces apagadas dispersas son más viables económicamente
Según un estudio de Gartner, en 2025 el 60% de los fabricantes tendrán más de dos procesos completamente "lights out" en al menos una de sus instalaciones. La fabricación de luces apagadas no tiene por qué ser una propuesta de todo o nada. En su lugar, los fabricantes pueden identificar procesos específicos o áreas dentro de una instalación donde la producción autónoma sea viable. Esta implementación incremental de la producción autónoma, comúnmente conocida como implementación de producción autónoma dispersa, permite a los fabricantes equilibrar el retorno de la inversión (ROI) de la automatización, sin la inversión que suele ser necesaria para la transición completa a una fábrica completamente autónoma.
El software de operaciones de manufactura es clave para la fabricación con
luces apagadas dispersas
El desarrollo y la madurez de numerosas máquinas y robots automatizados, así como de un software de administración de operaciones de manufactura (MOM), es clave para crear estas celdas de fabricación "lights out". Los nuevos avances en el software MOM permiten orquestar a la perfección sistemas de producción autónomos a través de dos capacidades clave.
La primera es la capacidad de adaptar los requerimientos de las operaciones a las capacidades de las máquinas. El software debe ser capaz de identificar automáticamente los recursos de fabricación disponibles cuando se introduce un nuevo producto, así como cuando se produce un imprevisto en el taller, como un fallo del equipo. En segundo lugar, la ejecución de la fabricación, la cadena de suministro y la programación deben tener una integración basada en eventos, que no sólo garantice la ejecución ininterrumpida del proceso de producción, sino que también permita la optimización continua y el manejo automatizado de cualquier posible interrupción.
Además de estas funciones clave, el software MOM también ofrece una nueva experiencia de usuario. Después de todo, incluso cuando se habla de lights-out, las personas seguirán desempeñando un papel importante en el futuro de la fabricación. Esta nueva experiencia de usuario contextualiza la información procedente de distintas fuentes para permitir la toma de decisiones remota, que pueden ir desde la reprogramación y el cambio de prioridad de los pedidos hasta el uso de estrategias de proveedores alternativos.
Un nuevo enfoque de la planeación de manufactura e ingeniería de maquinaria
Los conceptos de fabricación "lights-out" requieren una relación más flexible entre producto, proceso y recursos que la fabricación tradicional. Como resultado, los ingenieros de manufactura tendrán que trabajar de forma más abstracta que antes y la forma en que definan las restricciones será crucial para aprovechar todo el potencial de un sistema de producción autónomo. Esto, a su vez, aumenta la importancia de utilizar la simulación en una fase temprana de la ingeniería para apoyar la generación automática la validación de escenarios esenciales para el éxito de la implementación. Adoptar este nuevo enfoque permite el nivel extra de flexibilidad y libertad necesario para que el software de orquestación tome sus propias decisiones y alcance el nivel de autonomía necesario para apagar las luces.
Planeación estratégica del personal
A medida que los fabricantes empiecen a implantar los conceptos de luces apagadas, los requisitos de calificación de la mano de obra cambiarán en tres aspectos.
- En primer lugar, además de los conocimientos técnicos sobre el ámbito y la fabricación, los ingenieros de planeación tendrán que adquirir los conocimientos necesarios para modelar restricciones y dependencias abstractas y utilizar herramientas de simulación para la validación en su trabajo diario.
- En segundo lugar, los operarios del taller necesitarán conocer las últimas tecnologías de automatización para manejar con seguridad las máquinas autónomas y poder ampliar sus capacidades. Los proveedores de máquinas y soluciones también tendrán que pasar de sistemas expertos con requisitos de conocimientos especializados a interfaces fáciles de usar que permitan una rápida adaptación y ampliación de la capacidad de una máquina. Esto incluirá, por ejemplo, la adaptación de robots, mapas para rutas de vehículos de guiado automático (AGV), actualización de requisitos de material para nuevos productos, etc. Aprovechar los últimos conceptos computacionales y de programación low code para las distintas tareas de ingeniería de automatización ayudará a que la mano de obra en general contribuya a la transición.
- En tercer lugar, conocimiento del empleo y el aprendizaje continuo ayudarán a los fabricantes a seguir siendo competitivos y rentables en la economía mundial, ya que se enfrentan al envejecimiento de la mano de obra y a la escasez de trabajadores calificados.
Beneficios de la producción autónoma
El principal motor de la mayoría de los fabricantes que estudian los conceptos de producción autónoma es la necesidad de aumentar la productividad, reducir los costos de mano de obra, a pesar del riesgo asociado de obtener las calificaciones laborales necesarias en el momento y lugar adecuados para seguir los cambios en la demanda del mercado.
Aunque los conceptos de producción autónoma pueden abordar este reto, no es su único valor. La capacidad de adaptar y validar automáticamente cada proceso de producción de productos nuevos y existentes -incluidos los requisitos de los procesos- a los equipos disponibles puede permitir a los fabricantes impulsar importantes indicadores clave (KPIs) de desempeño empresarial, como una comercialización más rápida, la sostenibilidad y una mayor capacidad de recuperación. Además, permite fabricar productos en distintos sistemas de producción e instalaciones para apoyar la producción local y sostenible, así como una forma de compensar las interrupciones de la cadena de suministro.
Por: Nash Chakraborty, Director de Marketing de Digital Manufacturing y Christian Heck, Director Técnico de Producto en Siemens Digital Industries Software
Prueba de conceptos de producción de luces apagadas en la planta Fürth
Un ejemplo de caso de uso es la implementación de un proceso autónomo de construcción de cajas electrónicas con láser, pruebas PXI, ensamble de cajas y estación de ensamble final de Siemens. Todo el transporte de materiales en el diseño modular del taller se realizó mediante AGV. Cada estación tenía sus propias estaciones de acoplamiento para cargar y descargar los soportes de cajas. La carga de máquinas y las tareas de montaje se realizaron con robots universales con efectores finales hechos a medida.
Cada celda autónoma estaba equipada con la última tecnología PLC para realizar las capacidades definidas de los equipos, incluida la manipulación de materiales entrantes y salientes y la sincronización con el sistema de gestión de flotas AGV, así como la ejecución segura de una capacidad específica como "Ensamblar la variante de producto XYZ". La orquestación de todas las capacidades, así como el transporte, se realizó como parte del sistema Siemens Opcenter MES, incluido un algoritmo de programación avanzado para la optimización en línea.
Enseñanzas clave en la planta Fürth
- La experiencia del personal del taller es fundamental y debe aprovecharse. Es importante incluir las operaciones de taller en una fase temprana para digitalizar el conocimiento grupal, incluyendo información como restricciones específicas, mejores prácticas, escenarios típicos de fallos, etc.
- Todo comienza con la transparencia del material y los procesos logísticos intraplanta, lo que exige un 100% de transparencia en la gestión del material hasta la puesta en marcha y la preparación en cajas es clave.
- El transporte automatizado de materiales, incluidas la carga y descarga, tiende a ser más lento, por lo que una programación avanzada optimizada puede compensarlo y conseguir que el sistema sea rentable.
Un sistema autónomo requiere una interfaz de máquina abstracta basada en una máquina de estados de capacidad, por lo que es importante implicar a los proveedores de máquinas en las primeras fases del proceso para garantizar una interfaz de taller uniforme.
