Fábricas inteligentes: aquí y ahora

En su planta de ensamblaje en Munich, Alemania, MTU Aero Engines ha desarrollado un proceso de producción automatizado que puede operar de manera autónoma durante 66 horas. Foto cortesía de MTU Aero Engines

Continental está invirtiendo $4,9 millones para construir una nueva línea de producción altamente automatizada para mangueras industriales en su fábrica de Korbach, Alemania. Foto cortesía de Continental AG

Amgen está construyendo una fábrica inteligente de $365 millones en New Albany, OH. Foto cortesía de Amgen Inc.

Para mejorar la competitividad, la sostenibilidad y la salud, el ensamblador de productos electrónicos Flex implementó una variedad de iniciativas de Industria 4.0, como una torre de control de la cadena de suministro y el reciclaje de desechos electrónicos habilitado para IIoT. Foto cortesía de Flex Ltd.

Alimentada con electricidad 100 por ciento verde, la planta de ensamblaje de electrodomésticos de Arçelik en Ulmi, Rumania, ha implementado una variedad de tecnologías para abordar la sustentabilidad. Foto cortesía de Arçelik

Después de implementar IA, IIoT y automatización flexible, la planta de ensamblaje de baterías de CATL aumentó la velocidad de la línea en un 17 % y redujo la pérdida de rendimiento en un 14 %. Foto cortesía de Contemporary Amperex Technology Co. Ltd.

La planta de ensamblaje de electrodomésticos de Haier en Qingdao, China, ha aprovechado el big data, el gemelo digital y la tecnología avanzada de inspección visual para acelerar la I+D, actualizar los procesos de fabricación y mejorar la programación logística. Foto cortesía de electrodomésticos Haier

Las palas del rotor, las paletas guía y otros componentes de los motores a reacción se fabrican con materiales costosos y se mecanizan con tolerancias precisas. Dichos componentes generalmente se fabrican en lotes, debido al tiempo que implica configurar los centros de máquinas. El proceso también requiere un buen número de personas para atender las máquinas y ayudar en el cambio.

Sin embargo, la nueva tecnología está cambiando ese escenario. En su planta de ensamblaje en Munich, Alemania, MTU Aero Engines ha desarrollado un proceso de producción automatizado que puede operar de manera autónoma durante 66 horas.

Al comienzo del proceso, un robot de seis ejes coloca una pieza en bruto en el dispositivo de sujeción, la fija con tornillos y la carga en uno de los cinco centros de mecanizado. Las máquinas taladran y fresan, trituran y calibran: todo está completamente automatizado. Y es eficiente: mientras las máquinas trabajan intensamente, el robot ya se ocupa de la preparación y el posprocesamiento de las siguientes piezas y herramientas.

"Con el nuevo sistema, hemos demostrado que Industry 4.0 puede incluso cumplir con los requisitos extremadamente sofisticados para la producción de piezas de motor", dice Christiane Müller, directora de paletas de guía de turbinas de alta presión en MTU. "Y ocupa solo un tercio del espacio necesario para la producción convencional".

El sistema de fabricación flexible (FMS) de MTU marca el primer paso de la empresa en la creación de una fábrica inteligente global. Asistidos por un sistema de control, los centros de mecanizado de la instalación fabrican componentes en paralelo, trabajando de manera flexible y autónoma durante días sin intervención humana.

De hecho, la línea de producción puede funcionar de forma autónoma durante 66 horas sin intervención humana. "Esta es la cantidad exacta de tiempo que se necesita para superar cómodamente un fin de semana completo", dice Marc Weiß, gerente de proyectos de FMS.

La función de corrección autónoma integrada en la máquina y el sistema de mantenimiento preventivo garantizan la estabilidad del proceso. Esto prepara el escenario para obtener aún más ganancias de eficiencia en el futuro.

Los empleados todavía tienen que montar y quitar muelas abrasivas y otras herramientas a mano: el 95 por ciento de los pasos de trabajo necesarios para fabricar álabes de turbina implican rectificado. Pero los centros de mecanizado desconectan y calibran automáticamente las brocas y las fresas.

Este sistema también ha hecho que el procesamiento de pedidos sea más eficiente y flexible, un desarrollo bienvenido, dada la tendencia de la industria de tener que producir en lotes cada vez más pequeños y de adaptar los pedidos de los clientes. Los pedidos se hacen generalmente para lotes de 70 a 120 piezas. Con el nuevo sistema, estos tamaños de lote se pueden reducir sin incurrir en altos costos de reequipamiento.

Existe una estructura doble para minimizar el tiempo de inactividad. Por ejemplo, se utiliza una fresa en la máquina herramienta mientras se prepara otra para el siguiente paso. Lo mismo ocurre con las celdas de robot: se sujeta una nueva pieza en bruto en su lugar en un accesorio mientras se retira un componente procesado de otro.

"Esto significa que podemos planificar los pedidos de manera más flexible y no tenemos que preocuparnos tanto por los tiempos de reequipamiento; en general, nuestra producción es más eficiente en varios aspectos", dice Müller.

Mientras que las líneas de producción convencionales habían necesitado previamente de siete a ocho horas para el reequipamiento, el nuevo sistema está listo para funcionar en solo 15 minutos.

Tomó mucho tiempo y esfuerzo llegar a esta etapa de fabricación flexible: "Pero de la misma manera, nos hemos beneficiado de una curva de aprendizaje exitosa, aunque empinada", dice Weiß. Continuar con el sistema antiguo mientras se configuraba el nuevo resultó ser un desafío logístico. Pero, en julio de 2021, el nuevo FMS estaba en pleno funcionamiento.

"Esto se ha convertido esencialmente en un proyecto faro, no solo para MTU sino también para la industria en general. Nunca hemos visto un sistema de producción automatizado como este en ninguna parte del mundo, especialmente para este tipo de componente o situación de fabricación extremadamente delicada". Dice Weiß.

Un alto nivel de conocimiento interno fue fundamental para desarrollar la línea. MTU programó los propios centros de mecanizado. Incluso la estación de sujeción, con su atornillamiento operado por robot, fue desarrollada por ingenieros de MTU. El trabajo de la empresa en la celda de cambio de herramientas también fue innovador. Junto con sus socios, MTU desarrolló una tecnología que aún no existía.

Müller destaca la importancia de los conocimientos ofrecidos por los empleados de la empresa, que se basaron en su experiencia con los sistemas convencionales. "La incorporación de este conocimiento en el nuevo sistema significa que representa una asociación equilibrada entre humanos y máquinas", dice.

Con el FMS completamente operativo, MTU continuará con la automatización. MTU planea construir otra línea de producción más extensa en la fábrica de Munich en el futuro. "El FMS ha creado un modelo para otros sistemas, que surgirán en los próximos años a una escala mucho mayor y ocuparán toda una sala", dice Weiß.

El siguiente paso será llevar esos esfuerzos a toda la empresa. "En el futuro, MTU conectará las muchas iniciativas individuales que tenemos relacionadas con los sistemas inteligentes en ensamblaje o producción y las vinculará a un sistema digital general, transformando las soluciones de isla en una fábrica verdaderamente inteligente", predice Fabian Lindermer, director de digitalización de MTU. .

La línea de producción de luces apagadas de MTU en Munich es un ejemplo de cómo los fabricantes de todo el mundo están aplicando tecnología de punta para resolver problemas y mejorar procesos.

A unas 527 millas al norte de Munich, se está llevando a cabo un proyecto similar en la fábrica de Continental AG en Korbach, Alemania. En mayo, Continental dijo que invertiría $4,9 millones en una nueva línea de producción altamente automatizada para mangueras industriales en la fábrica. La línea, que operará las 24 horas del día, los 7 días de la semana, está programada para comenzar a operar a fines de 2023. Es la mayor inversión de la compañía en Korbach en más de 10 años.

Con la nueva línea, la empresa de tecnología puede fabricar productos existentes de manera más eficiente, al mismo tiempo que amplía su cartera y aumenta su competitividad. La nueva línea permitirá a Continental buscar nuevos mercados, particularmente en el sector industrial.

"La nueva línea mejorará enormemente nuestro proceso de fabricación. Estamos produciendo de manera más sostenible, más flexible, más segura y más ergonómica", enfatiza Torsten Dietmann, director de la planta de mangueras en Korbach. "Los elementos de planta automatizados y conectados en red basados ​​en un enfoque de fábrica inteligente garantizan una producción energéticamente eficiente y una creación de valor ideal en el proceso".

Con una capacidad de alrededor de 5 millones de metros de manguera por año, la nueva línea podrá fabricar mangueras con un diámetro interior de hasta 38 milímetros. Las mangueras se pueden utilizar para transportar alimentos, agua, combustibles, refrigerantes y otros fluidos.

Una gran ventaja de la nueva línea será su flexibilidad: podrá producir mangueras utilizando diferentes técnicas, con capas internas de caucho o plástico.

"Esto nos brinda una gran flexibilidad. En la nueva planta, continuaremos fabricando productos estándar, pero también agregaremos nuevas aplicaciones. Esto nos permitirá adaptarnos mejor a las necesidades del mercado que cambian rápidamente y expandir nuestra cartera de productos de manera enfocada". dice Dietman.

La inversión de Continental es algo más que una mayor flexibilidad y competitividad. También ayudará al proveedor de automóviles a cumplir los objetivos de sostenibilidad. Gracias a las nuevas opciones de reciclaje y la capacidad de procesar materiales adicionales, el sitio de Korbach está dando un paso hacia una producción climáticamente neutra en línea con una estrategia de toda la empresa.

La industria farmacéutica también está invirtiendo en automatización y transformación digital. El verano pasado, Amgen Inc. reveló planes para invertir $365 millones para construir una fábrica inteligente en New Albany, OH. Establecida para presentar los procesos de ensamblaje y empaque más avanzados de la compañía, la planta ensamblará, etiquetará y empaquetará autoinyectores, jeringas y viales para una gran cantidad de medicamentos de Amgen.

La construcción de la planta de 270,000 pies cuadrados comenzó el otoño pasado. La instalación eventualmente empleará a 400 personas con una nómina anual esperada de alrededor de $40 millones. Se espera que el sitio esté en línea a principios de 2024.

El objetivo es hacer que el sitio de ensamblaje y empaque sea la "instalación más avanzada digitalmente" de Amgen, dice Arleen Paulino, vicepresidente senior de fabricación de Amgen. Al aprovechar las últimas tecnologías de fabricación, la compañía también espera adelantarse al crecimiento previsto en la demanda de sus medicamentos.

La instalación inteligente se basará en una serie de tecnologías digitales, incluida la inteligencia artificial (IA), en tres áreas: automatización avanzada y robótica; inspección automatizada, prueba y liberación en tiempo real de lotes fabricados; y análisis de datos para monitorear y administrar procesos y desempeño operativo.

El sitio empleará sistemas de almacenamiento y recuperación altamente automatizados, vehículos guiados automatizados para transportar materiales y robots colaborativos, dice Paulino.

En octubre, el Foro Económico Mundial (WEF, por sus siglas en inglés) agregó 11 nuevas fábricas y sitios industriales a su Global Lighthouse Network, una comunidad de más de 100 fabricantes que muestran liderazgo en la aplicación de tecnologías de la Industria 4.0 para mejorar la productividad, el compromiso de la fuerza laboral, la sustentabilidad y la cadena de suministro. resiliencia.

En medio de advertencias de una recesión global, aumentos en los precios de la energía y cadenas de suministro interrumpidas, las fábricas faro ofrecen a los líderes empresariales y a los encargados de formular políticas ejemplos de cómo el sector manufacturero puede seguir siendo competitivo y seguir creando empleos.

"Las nuevas fábricas de Global Lighthouse Network muestran cómo los fabricantes pueden cumplir con los objetivos comerciales mientras tienen un impacto positivo en las economías, los medios de vida de las personas y el medio ambiente", dice Francisco Betti, jefe de cadenas de valor y fabricación avanzada en el Foro Económico Mundial. "El desafío para las empresas y los formuladores de políticas es cuánto pueden ampliar estas innovaciones en redes de producción y cadenas de valor completas".

Si bien los problemas de la cadena de suministro y otros problemas frenaron a la mayoría de los fabricantes en 2022, otras empresas demostraron que la transformación digital se puede escalar en empresas globales. En la nueva cohorte de faros, muchas empresas, como Cipla, Danone y Sany Heavy Industry, están implementando grandes programas de transformación digital a escala en 20 a 40 fábricas en paralelo, en períodos de tiempo de solo 18 a 24 meses.

"Los faros recientemente designados muestran que se puede escalar, con tres elementos imprescindibles", dice Enno de Boer, líder mundial de fabricación digital en McKinsey & Co., que se asocia con WEF en el proyecto del faro. "Primero, una estrategia clara. Sin eso, se queda atrapado en el purgatorio piloto, sin ver nunca qué tecnologías son importantes para su negocio. Segundo, las capacidades de la fuerza laboral. Sin suficientes habilidades adecuadas, su transformación pierde fuerza. Tercero, una gobernanza sólida. Sin un motor de ejecución real, no captará el impacto ni seguirá mejorando".

Los nuevos faros son:

Agilent Technologies en Singapur. Con la ambición de simplificar la fabricación de instrumentos de alta complejidad y bajo volumen para satisfacer la creciente demanda, Agilent implementó IIoT, gemelo digital, IA y tecnología robótica para lograr un crecimiento sostenible, superando los cuellos de botella de la mano de obra especializada y transformando la fuerza laboral en generalistas de la Industria 4.0. Esto mejoró la producción en un 80 por ciento, la productividad en un 60 por ciento, el tiempo de ciclo en un 30 por ciento y el costo de calidad en un 20 por ciento.

Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL) en Yibin, China. Para ponerse al día con el crecimiento comercial significativo, el fabricante de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía construyó una gran planta de ensamblaje totalmente nueva en Yibin. Después de implementar IA, IIoT y automatización flexible, la planta aumentó la velocidad de la línea en un 17 % y redujo la pérdida de rendimiento en un 14 %. También redujo las emisiones de carbono a cero.

Cipla en Indore, India. Ante un aumento en los costos de materiales y mano de obra, Cipla implementó tecnología de automatización y análisis de datos en 22 fábricas en India en forma paralela. La planta de Dosificación Sólida Oral de la compañía en Indore lideró este viaje al implementar 30 casos de uso de la Industria 4.0. Mejoró el costo total en un 26 %, mejoró la calidad en un 300 % y redujo las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un 28 %.

Danone en Opole, Polonia. Para abordar la creciente complejidad de su cartera de productos, el fabricante de alimentos Danone involucró a toda su fuerza laboral en todas las funciones y niveles en un viaje de transformación digital. El objetivo era implementar IA y automatización y crear un taller conectado. La empresa mejoró los costos en un 19 por ciento y la eficiencia en un 12 por ciento. También redujo las emisiones de GEI en cerca del 50 por ciento. Ahora es líder para otras 39 plantas de Danone en Europa.

Laboratorios del Dr. Reddy en Hyderabad, India. Ante la severa erosión de los precios, la empresa farmacéutica se embarcó en un proyecto de digitalización a gran escala. El sitio implementó más de 40 casos de uso de Industria 4.0 operando de manera ágil, aprovechando la tecnología IIoT e implementando análisis de datos. Como resultado, mejoró el costo de fabricación en un 43 por ciento y redujo el consumo de energía en un 41 por ciento.

Flex en Sorocaba, Brasil. Para mejorar la competitividad, la sostenibilidad y la salud, el ensamblador de productos electrónicos Flex implementó una variedad de iniciativas de Industria 4.0, como una torre de control de la cadena de suministro y el reciclaje de desechos electrónicos habilitado para IIoT. Los esfuerzos dieron como resultado una mejora del 50 por ciento en los costos de mano de obra, una reducción del 81 por ciento en la pérdida de material y un aumento del 18 por ciento en la satisfacción del cliente.

Haier en Qingdao, China. Frente a la creciente demanda de diseño personalizado, entrega rápida y alta calidad, la planta de ensamblaje de electrodomésticos aprovechó los datos masivos, el gemelo digital y la tecnología de inspección visual avanzada para acelerar la I+D, actualizar los procesos de fabricación y mejorar la programación logística. Como resultado, el tiempo de entrega se redujo en un 35 por ciento, la eficiencia de producción aumentó en un 35 por ciento y el rendimiento de calidad se mejoró en un 36 por ciento.

Midea en Shunde, China. Para satisfacer la demanda de productos de alta calidad y plazos de entrega más cortos, el ensamblador de electrodomésticos Midea implementó IA, gemelos digitales y otras tecnologías de Industria 4.0. Ha logrado costos de producción por unidad un 24 por ciento más bajos, tiempos de entrega un 41 por ciento más cortos, tiempos de entrega de I+D un 30 por ciento más cortos y una tasa de defectos un 51 por ciento menor.

Mondelēz en Sri City, India. Con el objetivo de aumentar el volumen de producción, reducir los costos y aumentar la resiliencia de la cadena de suministro, el fabricante de bocadillos implementó la digitalización de extremo a extremo, el análisis predictivo, la IA y la automatización avanzada. La empresa aumentó la productividad laboral en un 89 por ciento y redujo los costos de fabricación en un 38 por ciento.

Industria pesada de Sany en Changsha, China. Para abordar las fluctuaciones del ciclo del mercado y la complejidad del producto, Sany aprovechó la automatización flexible, la IA y el IIoT a escala para crear un sistema de fabricación digital y flexible para su equipo pesado. Como resultado, el sitio amplió la capacidad en un 123 %, mejoró la productividad laboral en un 98 % y redujo el costo unitario de fabricación en un 29 %.

Western Digital en Shanghái, China. Para abordar los desafíos de la fuerza laboral, una tasa de crecimiento anual del 250 por ciento y un ritmo de transición tecnológica de 18 meses, el fabricante de semiconductores implementó una variedad de tecnologías de la Industria 4.0, como un sistema de diseño de productos automatizado, pruebas de obleas basadas en aprendizaje automático y un sistema inteligente. sistema de planificacion El sitio redujo el tiempo de comercialización en un 40 por ciento y el costo del producto en un 62 por ciento. También mejoró la productividad en un 221 por ciento.

Cuatro instalaciones de faros existentes con registros ambientales sobresalientes obtuvieron la designación adicional de faros de sostenibilidad. Ellos son:

Arçelik en Ulmi, Rumanía. Alimentada con electricidad 100 % ecológica, la planta de ensamblaje de electrodomésticos de Arçelik ha implementado una variedad de tecnologías para abordar la sostenibilidad, incluido un gemelo digital para la gestión de energía y un sistema de gestión de agua de circuito cerrado integrado con una planta de tratamiento de agua avanzada. En un entorno que sufre estrés hídrico, la fábrica ha reducido el consumo de agua en un 25 %, el consumo de energía en un 17 % y las emisiones de GEI en un 22 % por unidad fabricada.p

Micron en Singapur. Con la creciente demanda de chips de memoria, Micron necesitaba expandir la producción y reducir su huella ambiental. De 2018 a 2021, Micron aumentó la producción en un 270 % y, al mismo tiempo, redujo los recursos utilizados por gigabyte producido en un 45 %. La empresa optimizó el consumo de materiales e implementó el seguimiento de la huella ambiental.

Unilever en Dapada, India. Ante los mandatos corporativos de reducir las emisiones y el consumo de agua, la empresa encontró 14 casos de uso para la tecnología de sostenibilidad. Estos incluyeron la aplicación de aprendizaje automático para optimizar el consumo de energía y el empleo de tecnología de gemelos digitales para acelerar el desarrollo de formulaciones ecológicas. Como resultado, Dapada ha reducido las emisiones en un 54 por ciento y su consumo de agua en un 36 por ciento.

Western Digital en Shanghái, China. Entre 2017 y 2021, Western Digital duplicó la producción de chips de memoria del sitio y redujo su huella ambiental. Este resultado fue posible gracias a múltiples casos de uso de la Industria 4.0, como el aprendizaje automático para optimizar dinámicamente el rendimiento de la planta de reciclaje de agua. Estas medidas redujeron el consumo de agua en un 62 por ciento y el consumo de energía en un 51 por ciento por petabyte de memoria producida.