Seguridad CNC mediante Digital Twin

Dos estudiantes de máster de la Universidad de Lovaina desarrollaron un sistema de prevención de colisiones en tiempo real para máquinas CNC como parte de su trabajo de tesis. Esta prometedora solución utiliza un gemelo digital para predecir y prevenir automáticamente las colisiones de las máquinas durante la producción, lo que repercute directamente en el control de los costes, la seguridad y la continuidad de la producción.

ASCO es un nombre establecido en la industria aeroespacial internacional desde 1954. La empresa belga forma parte del Grupo Montana Aerospace desde 2022, que emplea a unas 6 000 personas en todo el mundo. Con unos 1100 empleados en Bélgica en cuatro sedes, incluida su sede en Zaventem, ASCO desarrolla y fabrica componentes mecánicos complejos para alas y trenes de aterrizaje de aviones. Estos componentes se producen en máquinas CNC de última generación controladas por la tecnología de Siemens, donde la precisión y la fiabilidad son fundamentales.

Las colisiones: una realidad industrial

En la producción aeroespacial, los programas de Carolina del Norte se simulan de forma rutinaria en un gemelo digital antes de transferirlos del CAM a la máquina. Sin embargo, el riesgo de colisiones persiste. Las variaciones en la longitud de la herramienta, las desviaciones en los puntos cero de la pieza o los errores humanos durante la entrada pueden provocar choques durante el mecanizado. Las consecuencias son importantes, con posibles daños a la máquina, la pieza o los programas de producción que pueden provocar costes que alcancen las decenas de miles de euros.

«Los errores humanos son inevitables en un entorno de producción complejo», afirma Mohamed El Hatri, ingeniero jefe sénior de ASCO. «Introducir la longitud de la herramienta de forma incorrecta o una operación manual mediante el modo trote pueden bastar para provocar un accidente grave. Por eso, buscamos la forma de gestionar activamente ese riesgo, no solo de antemano, sino también durante el propio proceso de mecanizado. En la producción aeroespacial, trabajamos con máquinas CNC extremadamente caras y complejas. Solo un husillo en una máquina CNC de este tipo puede costar más de 100 000 euros. A pesar de las extensas simulaciones previas, las colisiones siguen siendo posibles debido a pequeñas variaciones o errores humanos. Queríamos no solo limitar ese riesgo, sino también controlarlo activamente durante el propio proceso de mecanizado».

Dos segundos más adelante

Este desafío concreto se convirtió en el punto de partida de una colaboración entre la Academia de Industria de Siemens, la Academia de Mecanizado Aeroespacial y ASCO, en la que dos estudiantes de máster del Reino Unido de Lovaina desarrollaron una solución innovadora. El proyecto, que se llevó a cabo desde octubre de 2023 hasta el final del año académico 2024-2025, se centró en desarrollar un sistema que simule el proceso de mecanizado en tiempo real con dos segundos de antelación. Primero, se creó un gemelo digital de la máquina con el NX CAM y el NX MCD de Siemens, que se comunican continuamente con el controlador de máquina 840D sl de Siemens. Si el sistema detecta una posible colisión, envía automáticamente una señal de parada a la máquina, más rápido de lo que cualquier operador podría intervenir. El proceso también se probó con SinuTrain, el paquete de software de Siemens para la programación, el diseño y la simulación de CNC. En última instancia, este enfoque resultó ser el más eficaz.

La elección de la regla de los dos segundos es deliberada. Esto explica tanto el tiempo de reacción extremadamente rápido del mando Siemens como el factor humano. Si hay un operador presente, la imagen simulada se alinea estrechamente con el estado real de la máquina en el momento en que pasa de la pantalla a la instalación física. Al mismo tiempo, el sistema proporciona una capa de seguridad crucial para las máquinas no tripuladas que funcionan de forma autónoma o durante la noche.

Aunque el sistema de prevención de colisiones aún no está en funcionamiento en la actualidad, ASCO ve oportunidades claras en el futuro. La solución aborda un problema generalizado en la industria aeroespacial, donde muchas máquinas no son de última generación y donde los daños por colisión tienen un impacto significativo.

Combinación de tecnologías

Para el desarrollo, los estudiantes utilizaron una amplia gama de software de Siemens, que incluía NX CAM, NX MCD, NX Open, SinuTrain y la pasarela Brown Field Connector, que permite la integración de máquinas más antiguas. «La fortaleza (y también el desafío) de este proyecto radica en la posible combinación de estas tecnologías de Siemens», afirma Jan Vereecke, líder del equipo de operaciones de servicio de MC MTS de Siemens. «Al conectar directamente la NX Cam/SinuTrain, el gemelo digital, y el controlador 840D sl, pudimos simular el proceso de mecanizado en tiempo real. Esto significa que el gemelo digital funciona no solo como herramienta de diseño, sino también como capa de seguridad activa durante la producción. Fue precisamente este enfoque innovador lo que hizo que el proyecto fuera particularmente desafiante y, al mismo tiempo, muy relevante para los estudiantes: trabajaron con tecnología de última generación y vieron cómo su combinación puede resolver un problema industrial concreto».

Cocreación en la Academia de Industria de Siemens

El proyecto se alinea perfectamente con la filosofía de la Academia de Industria de Siemens, que hace hincapié en la cocreación en torno a los verdaderos desafíos industriales. Los estudiantes tienen la oportunidad de trabajar en un contexto profesional, guiados tanto por expertos académicos como por ingenieros de la industria. Para ASCO, el valor añadido iba más allá del resultado puramente técnico. La iniciativa proporcionó espacio para explorar y evaluar tecnologías innovadoras sin afectar a la producción en curso y, al mismo tiempo, generar valiosos conocimientos internos.

«Este proyecto demuestra perfectamente cómo nuestra colaboración con Siemens y el mundo académico nos ayuda a mirar hacia el futuro», afirma Mohamed El Hatri. «Los estudiantes aportan una perspectiva nueva, nosotros aportamos experiencia industrial y, en la Academia de Industria de Siemens, podemos explorar ideas innovadoras sin que afecten a nuestra producción actual. Al desarrollar juntos una primera prueba de concepto, generamos conocimiento, obtenemos información sobre las nuevas tecnologías y podemos abordar la innovación de manera gradual y reflexiva. Esta colaboración confirma cómo los socios de la industria, la educación y la tecnología se fortalecen mutuamente y, juntos, crean una producción más segura e inteligente en el sector aeroespacial».

Para los propios estudiantes, el proyecto era igual de valioso. «Trabajamos con el mismo software y las mismas condiciones que en un entorno industrial real. Eso hizo que el proyecto fuera un desafío técnico, pero también particularmente educativo. La orientación de ASCO y Siemens garantizó que tuviéramos que pensar constantemente en lo que es factible y relevante en la práctica», concluye Rohan Vits, estudiante de máster.