Algoritmos integrados que diseñan con más rapidez y precisión equipos industriales y sanitarios
Hoy en día, gran parte del equipo utilizado para realizar tareas rutinarias o para fabricar productos comunes, son sistemas complejos, que consisten en complicados mecanismos controlados por ordenador denominados sistemas ciberfísicos. Lograr las mejoras que los clientes esperan requiere el avance tecnológico de toda la cadena de sistemas, lo que precisa métodos sofisticados para identificar el comportamiento detallado hasta el nivel de la física. En la actualidad, esta búsqueda continua obtiene ayuda de herramientas que evalúan y analizan de forma autónoma las máquinas industriales, en pos de posibles mejoras.
Componentes básicos de la ingeniería de sistemas basada en modelos de control
En el proyecto I-MECH, financiado con fondos europeos, se creó un marco para emplear soluciones de control avanzado en entornos industriales. El método elegido se conoce como ingeniería de sistemas basada en modelos. En el proyecto se desarrollaron once componentes básicos que (entre otras funciones) supervisan o controlan los procesos industriales para encontrar mejoras graduales. Uno de los ejemplo se refiere a los errores de fabricación del «hardware». Según explica el coordinador del proyecto Arend-Jan Beltman: «Los ingenieros pueden introducir algoritmos avanzados que aprendan qué tipo de perturbación está causando un rendimiento erróneo. El algoritmo identifica la naturaleza repetitiva del fallo y luego comienza a compensarla mediante su lógica de control».
Tres capas que apoyan la interoperabilidad
Para simplificar la complejidad de los sistemas ciberfísicos, el equipo de I-MECH identificó tres capas en la fabricación industrial en las que podrían aplicarse esos algoritmos. Algunos de los componentes básicos de I-MECH se centran en una sola capa, mientras que otros contribuyen en las tres. La más baja, llamada Capa de Instrumentación, o Capa 1, interactúa con el sistema de forma física. A este nivel, los componentes básicos actúan como sensores o accionadores. El equipo desarrolló varios dispositivos de detección rápida, algunos de los cuales son inalámbricos. A continuación, el siguiente nivel es un bus de comunicaciones industrial, que consolida todas las entradas de la Capa 1. En esta capa, los algoritmos controlan el movimiento preciso de la máquina. La tercera capa, o capa de sistemas, funciona como un contenedor de los algoritmos que interactúan con las funciones del sistema y como operador de los sistemas de gestión de la fábrica. En esta, la inteligencia incorporada calibra automáticamente el sistema y predice las necesidades de mantenimiento. El planteamiento por capas permite interrelaciones claras entre ingenieros de diferentes campos. Los ingenieros de la Capa 3 trabajan con un modelo de la Capa 2, mientras que los ingenieros de la Capa 2 utilizan un modelo de la Capa 1. Esto apoya la interoperabilidad.
Aplicaciones piloto de éxito
El equipo aplicó sus componentes básicos a cinco aplicaciones piloto, que utilizan maquinaria desarrollada por los socios del proyecto. Las aplicaciones incluyen un portador genérico de sustrato, que es el componente de transporte de las impresoras de inyección de tinta de gran formato, y una etapa de obleas de doce pulgadas de fabricación de semiconductores. El resto de aplicaciones se refieren a una máquina de producción de bolsas de té, una fresadora por control numérico computerizado (CNC) y un robot sanitario que mueve un sistema de rayos X alrededor de los pacientes mientras están acostados en una camilla. En cada caso, los sistemas recibieron actualizaciones identificadas por los componentes básicos. Con el tiempo, todos estos componentes, y toda una cadena de herramientas, estarán disponibles para los clientes industriales, que podrán seleccionar solo los componentes básicos que necesitan para su aplicación específica. Beltman señala: «Durante septiembre de 2020, el socio principal de I-MECH, Sioux Technologies, presentó la propuesta final para un proyecto sucesor, que añadirá la inteligencia artificial al conjunto de componentes básicos existentes para los sistemas de fabricación creados en I-MECH». En concreto, el nuevo proyecto desarrollará una cuarta capa que facilita la organización de múltiples sistemas en la misma fábrica. Unos sistemas industriales inteligentes que diseñen y perfeccionen los sistemas más recientes conducirán a una mayor eficiencia y a una rápida evolución en la fabricación.
Palabras clave
I-MECH, componentes básicos, industrial, fabricación, sistemas de fabricación, sistemas ciberfísicos, ingeniería de sistemas basada en modelos
