Seguridad CNC a través de Digital Twin

Dos estudiantes de maestría de KU Leuven 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 digital twin para predecir y prevenir automáticamente las colisiones de máquinas durante la producción, con un impacto directo en el control de costos, la seguridad y la continuidad de la producción.

ASCO ha sido un nombre establecido en la industria aeroespacial internacional desde 1954. La compañía belga ha sido parte del Montana Aerospace Group desde 2022, que emplea a aproximadamente 6.000 personas en todo el mundo. Con alrededor de 1,100 empleados en Bélgica en cuatro sitios, incluida su sede en Zaventem, ASCO desarrolla y fabrica componentes mecánicos complejos para alas de aviones y trenes de aterrizaje. Estos componentes se producen en máquinas CNC de última generación controladas por la tecnología Siemens, donde la precisión y la confiabilidad son fundamentales.

Colisiones: una realidad industrial

En la producción aeroespacial, los programas NC se simulan rutinariamente en un digital twin antes de ser transferidos de CAM a la máquina. Sin embargo, el riesgo de colisiones permanece. Las variaciones en la longitud de la herramienta, las desviaciones en los puntos cero de la pieza de trabajo o los errores humanos durante la entrada pueden provocar bloqueos durante el mecanizado. Las consecuencias son significativas, con daños potenciales en la máquina, la pieza de trabajo o los programas de producción que pueden resultar en costos que alcanzan decenas de miles de euros.

“Los errores humanos son inevitables en un entorno de producción complejo”, dice Mohamed El Hatri, ingeniero principal sénior de ASCO. “Una longitud de herramienta introducida incorrectamente o una operación manual a través del modo de trote pueden ser suficientes para causar un accidente grave. Por lo tanto, buscamos una manera de administrar activamente ese riesgo, no solo de antemano, sino también durante el proceso de mecanizado en sí. En la producción aeroespacial, trabajamos con máquinas CNC extremadamente caras y complejas. Un husillo solo 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 variaciones menores o errores humanos. No solo queríamos limitar ese riesgo, sino controlarlo activamente durante el proceso de mecanizado en sí”.

Dos segundos por delante

Este desafío concreto se convirtió en el punto de partida para una colaboración entre Siemens Industry Academy, Aerospace Machining Academy y ASCO, con dos estudiantes de maestría de KU Leuven desarrollando una solución innovadora. El proyecto, que se desarrolló 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 anticipación. Primero, se creó un digital twin de la máquina utilizando Siemens NX CAM y NX MCD, que se comunica continuamente con el controlador de máquina Siemens 840D sl. Si el sistema detecta una posible colisión, automáticamente envía 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 programación, diseño y simulación CNC. Este enfoque finalmente demostró ser el más eficiente.

La elección de la regla de los dos segundos es deliberada. Representa tanto el tiempo de reacción extremadamente rápido del controlador Siemens como el factor humano. Si un operador está presente, la imagen simulada se alinea estrechamente con el estado real de la máquina en el momento en que cambia su atención 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 operativo en producción hoy en día, ASCO ve claras oportunidades futuras. La solución aborda un problema generalizado en la industria aeroespacial, donde muchas máquinas no son de la última generación y donde los daños por colisión tienen un impacto significativo.

Combinación de tecnologías

Para el desarrollo, los estudiantes utilizaron una amplia pila de software Siemens, que incluye NX CAM, NX MCD, NX Open, SinuTrain y la puerta de enlace 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 Siemens”, dice Jan Vereecke, líder del equipo de operaciones de servicio MC MTS en Siemens. “Al conectar directamente NX CAM/SinuTrain, el digital twin y el controlador 840D sl, pudimos simular el proceso de mecanizado en tiempo real. Esto significa que el digital twin funciona no solo como una herramienta de diseño, sino también como una 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 punta y vieron cómo su combinación puede resolver un problema industrial concreto”.

Co-creación dentro de Siemens Industry Academy

El proyecto se alinea perfectamente con la filosofía de Siemens Industry Academy, que enfatiza la co-creación en torno a desafíos industriales reales. Los estudiantes tienen la oportunidad de trabajar en un contexto profesional, guiados por expertos académicos e ingenieros de la industria. Para ASCO, el valor agregado se extendió más allá del resultado puramente técnico. La iniciativa proporcionó espacio para explorar y evaluar tecnologías innovadoras sin afectar la producción en curso, mientras que simultáneamente se construían valiosos conocimientos internos.

“Este proyecto demuestra perfectamente cómo nuestra colaboración con Siemens y el mundo académico nos ayuda a mirar hacia adelante”, afirma Mohamed El Hatri. “Los estudiantes aportan una nueva perspectiva, aportamos experiencia industrial y dentro de la Academia de la Industria Siemens, podemos explorar ideas innovadoras sin afectar nuestra producción en curso. Al desarrollar juntos una primera prueba de concepto, desarrollamos conocimiento, obtenemos información sobre 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 construyen una producción más segura e inteligente en el sector aeroespacial”.

Para los propios estudiantes, el proyecto fue igualmente valioso. “Trabajamos con el mismo software y condiciones que en un entorno industrial real. Eso hizo que el proyecto fuera técnicamente desafiante, pero también particularmente educativo. La orientación de ASCO y Siemens aseguró que constantemente tuviéramos que pensar en lo que es factible y relevante en la práctica”, concluye el estudiante de maestría Rohan Vits.