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A toda velocidad en la línea de producción

El gemelo digital facilita la creación de modelos de simulación para sistemas complejos. Un proyecto de investigación conjunto reciente entre Volkswagen y Siemens muestra cómo este enfoque mejora la eficiencia en las líneas de producción.

El trabajo conjunto por la seguridad de los trabajadores

Como los robots industriales ensamblan vehículos de pasajeros en las instalaciones de producción de Volkswagen, la seguridad de los trabajadores es primordial. Un error de software podría provocar accidentes graves y pérdidas materiales. La puesta en marcha virtual ayuda a reducir el tiempo de inactividad necesario para la puesta en marcha en el mundo real, pero esto tarda unas seis semanas. Por lo tanto, Siemens y Volkswagen se propusieron reducir el tiempo necesario como parte del proyecto de subvenciones de la UE Maya, que ya finalizó.

Una persona de pie frente a un logotipo de Siemens con una camisa azul sostiene una tableta.

Aceleración de la puesta en marcha virtual en Volkswagen

Mezcla y combinación para un nuevo proceso de simulación

Los modelos de simulación existentes se basaban en diferentes herramientas específicas del dominio. Con el marco de simulación Maya, Volkswagen ahora puede combinar modelos de diferentes simuladores.

Cosimulación y verificación para lograr un piloto exitoso

Los modelos de cosimulación combinan los modelos existentes para la puerta de seguridad, la mesa de indexación giratoria y el robot de fabricación para formar un sistema virtual de montaje del portón trasero.

Reducción de los costes de la puesta en marcha virtual

Casi el 70 % de los usuarios y los pilotos que hacen pruebas de Volkswagen están convencidos de que la cosimulación reducirá en gran medida los costes de la puesta en marcha virtual.

Desde varios modelos individuales hasta la cosimulación

Un conjunto de portón trasero de Volkswagen ensamblado por una máquina de Siemens.

Sistemas complejos, documentación extensa

Una puerta de seguridad, una mesa de indexación giratoria y un robot son los tres componentes necesarios para montar un portón trasero. El robot agarra el portón trasero de la mesa de indexación giratoria, que primero lo inclina en la posición correcta y, después, lo lleva a la siguiente estación. La puerta de seguridad cerrada protege a las personas de la fábrica, pero debe abrirse cuando se coloca un portón trasero nuevo sobre la mesa.

«Una línea de producción como la de VW es compleja», afirma la experta en simulación Veronika Brandstetter, de la unidad de investigación y desarrollo Corporate Technology (CT) de Siemens. «Los componentes individuales pueden ser desarrollos internos o productos comprados. En la mayoría de los casos, el papeleo y la documentación de desarrollo ya están disponibles, así como modelos que vienen con diferentes grados de detalle y utilizan una variedad de sistemas de notación».

La puesta en marcha virtual es estándar, pero lleva mucho tiempo

La puesta en marcha virtual no es nada nuevo para VW: «Antes de poner en marcha la verdadera planta de producción, o incluso de los nuevos componentes individuales, siempre realizamos una puesta en marcha virtual», explica Torben Meyer, director de proyectos de Volkswagen. «Eso significa que primero probamos las funciones utilizando un modelo virtual del sistema, lo que garantiza que la verdadera puesta en marcha, que implica detener la planta con un gran coste, se lleva a cabo lo más rápido posible».

Los jefes de producción deben presupuestar unas seis semanas para la puesta en marcha virtual de una línea de producción. Aproximadamente dos tercios de esa cantidad son necesarios para crear el modelo virtual de puesta en marcha en primer lugar.

«El proceso de creación de un modelo como este puede hacerse mucho más rápido y eficiente si las personas a cargo son capaces de utilizar las fuentes existentes y bien mantenidas», observa Brandstetter.

Una persona con camisa azul y pantalones negros de pie frente a una pared blanca con un logotipo azul y blanco.
Campaña de la marca Siemens con un edificio moderno con un cielo azul y nubes de fondo.

La visión de un sistema modular

Una etapa que requiere mucha mano de obra y es propensa a errores es la ingeniería inversa. Aquí, el modelo de comportamiento de los componentes existentes se recrea trabajando al revés con respecto al original. «Los responsables de la puesta en marcha virtual se enfrentan al desafio laborioso y propenso a errores de recopilar todo este material de muchos compañeros de trabajo diferentes en varios departamentos», afirma Brandstetter.

La visión ideal es hacer que los modelos de simulación y la información asociada estén disponibles en una biblioteca, lo que permitirá unir estos elementos en poco tiempo y crear un sistema virtual completo. «Ya tenemos elementos de biblioteca para muchos componentes del sistema», afirma Brandstetter. «Pero esto sigue siendo una excepción para los productos comprados. El objetivo es establecer el gemelo digital de prueba como estándar.

Reunir todo

El desafío radica en crear un sistema virtual completo a partir de estos componentes digitales, que tienen muchas fuentes, grados de detalle y entornos diferentes y, por lo general, no se pueden combinar de manera directa entre sí.

Aquí es donde entran en juego los expertos de Siemens: «Es especialmente difícil cuando los modelos de simulación se basan en diferentes herramientas específicas de un dominio. Para nuestro proyecto de investigación, nos concentramos en encontrar una solución para este problema», explica Brandstetter. «Para el montaje del portón trasero, por ejemplo, tuvimos que adaptarnos a tres entornos distintos (Process Simulate, Amesim y PLCSIM Advanced), que simulan o emulan la cinemática 3D.

Hay una persona de pie frente a una pared blanca con un logotipo azul y blanco.
Una planta de producción de Volkswagen con un gran edificio y maquinaria en primer plano.

El lanzamiento de un programa piloto revolucionario

«El coordinador de simulación de Maya organiza los flujos de trabajo de los simuladores individuales para crear un sistema único y completo», afirma Brandstetter. «Ya existían enfoques comparables en el área del desarrollo de automóviles, pero, para el desarrollo de una planta de fabricación, como es el caso de nuestro proyecto piloto para VW, se trata de un proceso nuevo».

El software de control para el montaje del portón trasero se probó mediante cosimulación. Ya existían modelos de simulación viables para el comportamiento eléctrico y cinemático 3D de los tres componentes, pero para diferentes entornos de simulación y con características específicas. En el marco de simulación de Maya, se combinaron con el software de control para formar un sistema virtual de ensamblaje del portón trasero, que luego pudieron verificar.

Enfoque en el futuro

Los usuarios y los pilotos que hicieron pruebas de Volkswagen quedaron impresionados con este ejemplo. Casi el 70 % de ellos están convencidos de que la cosimulación reducirá en gran medida los costes de la puesta en marcha virtual. Torben Meyer, de Volkswagen, también está contento y agrega lo siguiente: «Creemos que la cosimulación ofrece un gran potencial para reducir el tiempo necesario para la puesta en marcha en nuestras líneas de producción».

Un grupo de personas con un atuendo formal de pie en un entorno de oficina.
Creemos que la cosimulación ofrece un gran potencial para reducir el tiempo necesario para la puesta en marcha en nuestras líneas de producción.
Torben Meyer, Director del proyecto, Volkswagen