La Industria 4.0 se desarrolla progresivamente en paralelo a los avances en sistemas de medición IoT, Machine Learning y conectividad mejorada, como los dispositivos NB-IoT y la nueva red 5G. Mantener bajo control todos los sistemas productivos con información en tiempo real y tratamiento de los datos generados en todos los puntos de la cadena optimizará todos los procesos, incluso antes de que sea necesario. El Fraunhofer Institute for Digital Media Technology, la organización de investigación orientada a aplicaciones más grande de Europa, presenta dos de sus propuestas en estos días.
Sistema de mantenimiento predictivo de la producción
En la Feria de Hannover del 23 al 27 de abril de 2018, Fraunhofer demostrará el prototipo de un nuevo sistema cognitivo para el mantenimiento predictivo de las instalaciones de producción.
A partir de la información que se envía de forma inalámbrica por sensores acústicos inteligentes, se procesan señales de audio de máquinas y sistemas in situ. Con esta información una unidad de evaluación puede sacar conclusiones sobre el estado de las instalaciones de producción y evitar posibles daños.
Desde IDMT aseguran que así los clientes industriales se benefician de una solución Industria 4.0 rentable, escalable y segura de datos que minimiza el tiempo de inactividad.
Por ejemplo, en la construcción o maquinaria agrícola, las bombas axiales de pistón convierten la energía mecánica en hidráulica, ayudando a levantar cargas pesadas o como parte de la tecnología de transportadores industriales. Hasta ahora, estos sistemas no han instalado permanentemente la monitorización de la condición acústica. Ahora, los científicos han montado sensores alimentados por baterías en bombas de pistones axiales que son capaces de registrar el ruido de la bomba a través del aire, procesarlo, compararlo con datos de audio de referencia y enviar la información de forma inalámbrica a una unidad de evaluación digital. No solo se pueden identificar conclusiones sobre posibles desarrollos indeseables en una etapa temprana; También se pueden sacar conclusiones sobre la naturaleza de los problemas, por ejemplo, si hay problemas con respecto a la holgura del rodamiento o el sistema hidráulico. Esto brinda la oportunidad de intervenir antes de que ocurra un daño mayor a las cadenas de transmisión o al sistema hidráulico.
Al entrenar el sistema cognitivo con el aprendizaje automático basado en señales de audio de bombas adquiridas previamente no es necesaria una infraestructura central para el procesamiento de datos. Esto ahorra costes: mientras que los servidores pueden consumir cantidades en el rango de cinco dígitos, el precio por sensor permanece en los dos dígitos. Otra ventaja: el procesamiento de señales en el sitio requieren menos datos para la capacitación. De esta forma, los clientes se benefician de una plataforma de tecnología de seguridad de datos que es adecuada para una amplia variedad de escenarios de audio y que pueden ser fácilmente adaptados y escalados a cualquier tamaño.
La conexión en red de sensores a través de Internet para el mantenimiento remoto también es posible .
En 2018, se realizarán pruebas de campo. Al mismo tiempo, los científicos están trabajando con Infineon en el mantenimiento predictivo para la producción de chips. El demostrador será exhibido por el Fraunhofer IDMT en la Feria de Hannover: un altavoz reproducirá el ruido de funcionamiento de la bomba de pistones axiales. Los nodos del sensor inalámbrico se pueden configurar a través de una tableta. La información sobre el evento acústico detectado se muestra en la tableta.
Los nodos de sensor inalámbricos configurados (en primer plano) envían mensajes de estado de la bomba de pistones axiales (izquierda) a una tableta. Crédito: Fraunhofer IDMT
Medición y transmisión inalámbrica en tiempo real con 5G
Como regla general, aunque los sensores registren continuamente las mediciones en la planta y la maquinaria para verificar que todo funcione según lo planeado y para permitir que cualquier error en el entorno de producción industrial sea reconocido en una etapa temprana, la evaluación de los datos se descentraliza y tiene lugar después de un retraso de tiempo.
Fraunhofer se ha asociado con Ericsson para ofrecer un ambiente de prueba único para aplicaciones 5G en la industria, que permita la medición directa e inalámbrica en tiempo real.
Ambos socios utilizarán el ejemplo de fabricación de componentes de motores de aviación para demostrar en vivo, por primera vez, las oportunidades que ofrece la tecnología en la Feria de Hannover del 23 al 27 de abril de 2018.
Un sensor transfiere los espectros de vibración del blisk a través de 5G con una latencia de menos de milisegundos a un software. Crédito: Fraunhofer IPT.
La producción de motores aeronáuticos es un negocio complejo y costoso. Toda la cadena de fabricación de un componente de compresor conocido como Blisk (disco integrado en la cuchilla) puede costar hasta 200,000 €. Deben observarse los más altos niveles de seguridad y calidad, y las máquinas herramienta controladas por computadora deben programarse para garantizar que los componentes se produzcan exactamente como se estipula en los planes de diseño. Los sensores montados en la planta y la maquinaria supervisan el proceso de producción de forma continua. Sin embargo, siempre hay un cierto elemento de riesgo residual porque el análisis de calidad está descentralizado con un tiempo considerable de retraso. Las frecuencias naturales de las cuchillas de pared delgada presentan un problema particular en la producción ya que cualquier vibración incontrolada tiene efectos adversos sobre la calidad, que deben corregirse mediante operaciones manuales que consumen tiempo después de la producción.
Una combinación de la última tecnología de sensores y velocidades rápidas de transferencia de datos como las proporcionadas por el futuro estándar de comunicación móvil 5G parece ser una solución prometedora para este problema.
En el caso específico de la producción de blisk, el Instituto Fraunhofer ha conectado un sensor especialmente desarrollado directamente al componente. Esto transfiere los espectros de vibración del blisk a través de 5G con latencia de menos de milisegundos al software que reconoce inmediatamente si las vibraciones exceden el máximo permitido o si han alcanzado frecuencias críticas y así, adapta el proceso de producción en consecuencia sin demora. Una ventaja adicional: la transferencia rápida de datos permite un gemelo digital, el reflejo virtual de un componente que se generará. Este gemelo ayuda a responder preguntas importantes relacionadas con el proceso de producción en la computadora, antes de que comience el proceso.
Fuente: Fraunhofer
