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La simulación avanzada para reforzar la competitividad industrial europea

La simulación avanzada para reforzar la competitividad industrial europea Conectar la industria manufacturera a las tecnologías de la información y la comunicación es uno de los principales retos que afronta Europa en los próximos años para que sus productos sigan siendo competitivos en los mercados globales. Y, en esta apuesta por la Industria 4.0, la Comisión Europea puso en manos del centro tecnológico vasco IK4-IDEKO el liderazgo de uno de sus principales proyectos de investigación en torno a la Fabricación Avanzada.

IK4-IDEKO lidera el proyecto Europeo MC-SUITE al que aporta su conocimiento en sistemas ciberfísicos para introducir las últimas tecnologías en entornos industriales convencionales.

MC-SUITE, que busca transformar los entornos de fabricación convencionales para incrementar su competitividad, optimizar procesos y reducir costes, se enmarca en el plan de acciones de apoyo a la industria “Factories of the Future” integrado en el programa de incentivo a la innovación Horizonte 2020 lanzado por la Comisión Europea.

Un único proyecto, seis módulos de actividad

La iniciativa se articula en torno a varios módulos diferenciados que arrancan con MC-Virtual, un apartado dedicado al diseño de nuevas herramientas tecnológicas que superen los límites actuales del software de fabricación asistida por ordenador (CAM) con el objetivo de conocer la trayectoria, calidad final de la pieza, fuerzas de corte y estabilidad del proceso.

El segundo bloque, MC-Optim, se centra en la optimización del proceso de mecanizado multi-objetivo incluyendo los parámetros de productividad y calidad.

El módulo MC-CyPhy busca incrementar la productividad mediante el uso de diferentes sistemas embebidos conectados a un modelo virtual y a un sistema de monitorización.

En cuarto lugar se encuentra la plataforma  MC-Monitor, un sistema basado en el almacenamiento de datos esenciales en la nube como las señales procedentes de sensores internos de máquina, de sistemas embebidos o los datos introducidos por los operarios.

El módulo MC-Analytics consistirá en crear una plataforma para el procesamiento de la información de la nube orientada al mantenimiento predictivo y a la mejora de la productividad.

Y finalmente MC-Bridge pretende ser el enlace que sirva para comparar el resultado del modelo virtual con las mediciones obtenidas con el sistema de monitorización. El objetivo es reducir tanto on-line como off-line las discrepancias para poder mejorar el proceso de mecanizado y su simulación.

Tras un año de vida del proyecto ya se están obteniendo los primeros resultados. “MC-Suite ya ha comenzado a reducir de forma significativa el gap que existe en la actualidad entre los modelos virtuales, es decir los procesos de fabricación programados, y el proceso real se produce en los talleres y las líneas de producción.”

En concreto, MC-SUITE busca desarrollar una nueva generación de herramientas avanzadas para la simulación de los procesos industriales, a través del uso de la última tecnología aplicada a funciones como la captación de datos, la monitorización y la medición de los aspectos físicos clave para la fabricación del producto final. 

La aportación de IK4-IDEKO

El centro tecnológico, referente en Fabricación Avanzada, liderará dos de los módulos en los que se divide el proyecto: MC-Virtual y MC-CyPhy.

En este apartado, IK4-IDEKO utiliza su conocimiento en técnicas avanzadas en procesos de corte y en los efectos dinámicos implicados en el origen del chatter (vibraciones producidas en el proceso de mecanizado) para contribuir al diseño de las herramientas informáticas de fabricación asistida.

También está trabajando el apartado MC-CyPhy, dirigido a transformar sistemas embebidos para la supresión de chatter en sistemas ciberfísicos capaces de interactuar con el entorno para llevar a cabo un auto-diagnóstico de situación o fallos.

Manejo de grandes volúmenes de datos

Después del primer año del proyecto, la plataforma de monitorización MC-Monitor, ya ha sido instalada en dos máquinas de usuario final. La función del MC-Monitor es reunir los datos de las máquinas, del operador y de los diversos sensores colocados en el taller utilizando la infraestructura de la nube. 

La arquitectura de MC-Monitor implica cuatro actividades principales: recopilación de datos en bruto, preprocesamiento de datos, publicación de datos, y por último almacenamiento de datos.

Las máquinas han sido mejoradas gracias al mejor aprovechamiento de los sensores internos de la máquina y a los nuevos sensores añadidos para, monitorizar otras señales, como el consumo de energía, las vibraciones o las temperaturas. Además, el operador de la máquina tiene la posibilidad de comentar la evolución del proceso utilizando un micrófono instalado en el panel de control, e introducir información adicional manualmente a través de una lista de opciones predefinida. Otra de las funcionalidades añadida es la grabación del proceso de corte y la asistencia remota.

Los datos procedentes del control numérico y de los sensores de vibración son recogidos y transmitidos en tiempo real a la infraestructura de la nube para más tarde procesarlas, filtrarlas y estructurarlas antes de ser almacenados y distribuidos en forma de flujos.

Los técnicos del proyecto se han centrado en dos tareas: la sensorización de la máquina, y el pre-procesamiento de los datos recogidos por los sensores.

Procesos virtuales para un óptimo acabado de la pieza


El papel de la plataforma MC-Virtual es simular el proceso de mecanizado para poder predecir los parámetros de proceso más importantes, tales como la fuerza de corte y el acabado superficial. La simulación de las operaciones físicas en entornos digitales nos ha permitido reducir o incluso eliminar ensayos físicos antes de la costosa producción.

En este punto del proyecto, se ha implementado el flujo de trabajo MC-Virtual para gestionar la ejecución de software que permite la simulación del proceso, tras la cual nos permite mejorar el cálculo de la geometría de la pieza para simular el acabado superficial.

El proyecto, en el que toman parte 12 organizaciones de 7 países diferentes de la Unión Europea, incorpora una importante presencia de entidades vascas. Además de la coordinación de IK4-IDEKO, cuenta con la participación de la compañía de máquina-herramienta Soraluce, perteneciente a DANOBATGROUP, AEROMEC  y de Mondragon Unibertsitatea. El consorcio incluye también a multinacionales como la italiana Fidia o la noruega Sintef.

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