Construir la fábrica emergente en la Fábrica Digital 2022

En un mundo en el que el cambio es la única constante, responder rápidamente a la demanda del mercado utilizando un enfoque ágil se ha convertido en una ventaja estratégica para las operaciones que se esfuerzan por competir dentro de sus sectores. Para demostrar cómo las tecnologías digitales emergentes permiten a las organizaciones moverse más rápido que nunca, construimos una Pop-up Factory durante la Conferencia Digital Factory en Boston.

Teaming up with Formlabs, Vention, Autodesk, RealWear, and Be Global Safety, in just 24 hours we created a working factory and demo that allowed attendees to experience emerging digital manufacturing technologies first-hand. Con el Flynn Cruiseport de Boston como telón de fondo, los asistentes fueron guiados de principio a fin a través del proceso de montaje de sus propios cargadores de teléfonos inalámbricos impresos en 3D que pudieron llevarse a casa al final del evento.

La Pop-up Factory también hizo su aparición en IMTS 2022 en Chicago, con Formlabs, Tulip, Vention, y Autodesk.

He aquí cómo lo hicimos.

En tan sólo unos días de planificación, los equipos de Tulip, Formlabs, Vention, Autodesk y RealWear colaboraron para mostrar a los asistentes el proceso de diseño, construcción y montaje de un objeto que pudieran llevarse a casa. El artículo tenía que ser fácil de montar, escalable y funcional, para demostrar el valor de las tecnologías avanzadas y cómo se utilizan para construir el mundo que nos rodea.

Un cargador inalámbrico Qi en una carcasa impresa en 3D que se encaja a presión se alzó como vencedor, gracias a su amplia capacidad de uso y a su sencillo proceso de montaje.

Elegir un tema para llevar fue el paso más fácil. A continuación, el equipo tuvo que sentarse y abordar algunas cuestiones clave:

• ¿Cómo podemos diseñar piezas impresas en 3D que sean sencillas de encajar y se adapten a la electrónica del cargador inalámbrico?

• ¿Cómo podemos imprimir cientos de estas piezas a tiempo para el evento?

• ¿Cómo es la experiencia del operador?

• ¿Cómo podemos acomodar a cientos de asistentes y garantizarles la mejor experiencia posible mientras mostramos cada paso del proceso de fabricación?

• ¿Y cómo podemos construirlo todo en sólo 24 horas?

En la Pop-up, los invitados fueron recibidos con una visión general del software CAD líder en la industria de Autodesk, que utilizamos para diseñar el dispositivo que pasarían a ensamblar.

El uso de Autodesk Fusion 360 nos permitió desarrollar nuestro cargador desde la fase conceptual hasta la verificación del diseño y la fabricación con su paquete CAD integral.

En particular, nos proporcionó una variedad de herramientas de ayuda al diseño para la fabricación aditiva (DfAM), así como al diseño generativo. Entre ellas se incluyen la capacidad de crear estructuras reticulares para aumentar la rigidez y la ligereza de las piezas impresas, la disposición automática de múltiples piezas dentro de un único volumen de construcción y herramientas de simulación para analizar cómo se comportará su diseño en diversas condiciones de prueba.

Una vez finalizado el diseño de las piezas en Fusion 360, estábamos listos para pasar a la producción real de cada uno de los componentes impresos. Para esta parte del proceso, recurrimos a Formlabs y a su impresora Fuse 1 SLS.

Diseñado para un rendimiento sin interrupciones, el sistema Fuse 1 aporta una forma nueva y avanzada de crear piezas a escala con Formlabs. Al igual que los métodos más comunes de fabricación aditiva, el sinterizado selectivo por láser (SLS) permite crear piezas con geometrías internas complejas imposibles de conseguir con los procesos sustractivos tradicionales. Sin embargo, la tecnología SLS empleada por Fuse 1 también permite la creación de piezas acabadas sin necesidad de soporte ni de los largos tiempos de curado que requieren las impresoras FDM o SLA tradicionales. El polvo de nailon que elegimos utilizar con la Fuse 1 puede reciclarse fácilmente mediante el sistema de recuperación de polvo Fuse Sift y da como resultado piezas duraderas con un acabado superficial resistente.

Para satisfacer la demanda prevista en la Pop-up Factory, necesitábamos ampliar la producción de la carcasa impresa. Aprovechando su granja de impresión interna, el equipo de Formlabs imprimió 500 copias de cada parte del conjunto en dos instalaciones y 20 Fuse 1, incluidos los paneles superior e inferior de la carrocería, así como las dos patas.

En la Pop-up Factory, montamos una granja de impresión utilizando quince impresoras Formlabs Form 3 y dos Fuse 1 para mostrar a los asistentes cómo se puede conseguir la fabricación aditiva a escala.

Con el software Formlabs , puede optimizar el rendimiento de la producción con herramientas que gestionan y supervisan su flota de impresoras por usted. La integración del ecosistema Formlabs en su flujo de trabajo con Tulip le permite utilizar fácilmente su API para enviar archivos, supervisar los consumibles y realizar un seguimiento de las impresiones de principio a fin en toda su flota de impresoras.

Con las impresoras 3D basadas en polvo como la Fuse 1, establecer un flujo de trabajo limpio es fundamental para minimizar el tiempo de inactividad de su línea de producción. El sistema de recuperación de polvo Fuse Sift lo consigue combinando la extracción de piezas, la recuperación de polvo, el almacenamiento y la mezcla en un único dispositivo independiente.

Para mostrar cómo RealWearfacilitan este proceso a los operarios, creamos una aplicación en Tulip que guía al usuario a través de los pasos necesarios para limpiar y cambiar el filtro HEPA del fusible 1. Los asistentes pudieron probar la aplicación manos libres en el último hardware de realidad aumentada RealWear , que les guió por el proceso de cambio de filtro mostrando instrucciones visuales que se actualizaban en tiempo real en función de las órdenes de voz.

Esto permitió a los usuarios interactuar con instrucciones de trabajo dinámicas incluso mientras sus manos estaban ocupadas con la máquina que tenían delante. Además de la comodidad de no tener que consultar una pantalla externa, los auriculares manos libres también ayudan a mantener un espacio de trabajo más limpio, lo que es especialmente relevante en un entorno de laboratorio o con materiales que requieren una manipulación cuidadosa.

A continuación, necesitábamos diseñar las estaciones de trabajo donde cada asistente pasaría a montar su cargador. Nuestros requisitos incluían una zona para ensamblar el dispositivo, cubos de piezas, así como puntos de montaje para un monitor, cámaras de visión artificial y otros dispositivos de IIoT utilizados en el proceso de producción.

El uso de MachineBuilder de Ventionnos permitió crear e iterar rápidamente un diseño para las estaciones de montaje de la fábrica pop-up. Con miles de piezas modulares, herramientas inteligentes de diseño en 3D y funciones de colaboración, MachineBuilder facilitó enormemente el diseño de bancos personalizados que se ajustaban a nuestras necesidades.

Los ingenieros de aplicaciones de Vention también fueron de gran ayuda durante todo el proceso, respondiendo a nuestras preguntas a través del chat del producto para que pudiéramos avanzar más rápido. Esto enlaza con la característica estrella de Vention: el tiempo de rotación. Una vez completado el diseño de nuestro banco, todas las piezas que necesitábamos para el montaje se entregaron en tan sólo 3 días. Esta velocidad es sencillamente inaudita en este espacio.

Con todas las piezas en la mano, montar las estaciones de trabajo se hizo sencillo con la ayuda de instrucciones autogeneradas para nuestro diseño personalizado, incluyendo llaves Allen para el montaje, y números de pieza grabados en cada componente para mantener las cosas organizadas.

Nuestro diseño final para la línea de producción consistió en cuatro bancos de montaje, cada uno con una pantalla montada para mostrar las instrucciones de trabajo, así como un kit de luces Tulip para guiar la recogida, cámaras de visión por ordenador disponibles en el mercado, impresoras de etiquetas, escáneres de códigos de barras, luces Andon y Tulip Edge IOs para proporcionar conectividad.

Con los bancos de trabajo totalmente montados, ya estábamos listos para iniciar la producción de nuestros cargadores. Para unirlo todo y dirigir nuestra operación, utilizamos la plataforma de operaciones de primera línea de Tulip.

Dado que Tulip es una plataforma sin código, no necesita conocer un lenguaje de programación para crear estas aplicaciones o integrarlas con su IIoT, lo que le permite avanzar mucho más rápido que si tuviera que crear este tipo de sistemas desde cero.

Utilizando funciones nativas de visión por ordenador, la aplicación Tulip que ejecutaba cada banco esperaba hasta que un asistente se acercaba y se detectaban sus manos dentro del área de trabajo antes de empezar a mostrar las instrucciones en la pantalla. También les permitía ver e interactuar con un modelo CAD incrustado del cargador que estaban a punto de montar. A lo largo del proceso de construcción posterior, los usuarios fueron guiados por instrucciones escritas con vídeo incrustado en la pantalla de su banco.

• En primer lugar, las instrucciones en pantalla junto con un sistema pick-to-light indicaban a los asistentes que recuperaran las dos mitades de la carcasa bivalva, así como la placa de circuito impreso de la bobina de carga de los contenedores de piezas de su puesto. Utilizamos el algoritmo de visión artificial que se ejecuta en la aplicación Tulip para controlar el sistema pick-to-light y confirmar que el operario había recogido efectivamente los componentes necesarios.

• A continuación, se les indicó que fijaran la placa de circuito impreso a la mitad inferior de la bivalva. En este paso también se integró una balanza IoT que se utilizó para comprobar los errores de la operación pesando el conjunto inacabado, asegurándose de que se habían utilizado los componentes correctos y permitiendo a los asistentes registrar un producto defectuoso si no estaba dentro de los límites predeterminados.

• En el siguiente paso, se indicó a los asistentes que realizaran una segunda comprobación de calidad conectando el cargador a una fuente de alimentación en el banco. A continuación, tuvieron que confirmar su funcionamiento utilizando un amperímetro inteligente cuyas lecturas se mostraban en contexto dentro de las instrucciones de trabajo de Tulipy pudieron registrar de nuevo un defecto si fallaba la comprobación de calidad.

• Una vez superadas estas pruebas de control de calidad, los asistentes pudieron completar el montaje de sus cargadores. En el siguiente paso, el sistema pick-to-light les indicó que recuperaran las patas, que encajaron en su sitio junto con la mitad superior de la carcasa. El peso se registró en Tulip una vez más utilizando la báscula inteligente para asegurarse de que se habían instalado todas las piezas del montaje.

• Con la carcasa del cargador completamente montada, las instrucciones de trabajo indicaron a los asistentes que añadieran pies de goma adhesivos a las patas, integrando de nuevo el sistema pick-to-light y la escala IoT para guiar a los usuarios y evitar errores en la operación.

• Por último, sólo faltaba que cada asistente empaquetara su cargador terminado y ya estaba listo para llevárselo a casa. La aplicación de instrucciones de trabajo Tulip imprimió automáticamente una etiqueta autoadhesiva y, a continuación, guió al usuario en el proceso de embalaje de su cargador y su cable, incluida la colocación de la etiqueta y el número de serie exclusivo en la caja.

Tras haber ensamblado completamente, controlado la calidad y embalado su dispositivo, los asistentes ya podían llevarse a casa su nuevo cargador inalámbrico con la seguridad de que funcionaría como esperaban.

Esta aplicación de ensamblaje es un ejemplo de cómo puede utilizar Tulip para crear instrucciones de trabajo interactivas que aprovechen los dispositivos IIoT conectados en el borde para reducir los defectos de calidad y aumentar la productividad de los operarios. Al mostrar instrucciones de trabajo que son dinámicas y muestran la información correcta en el momento adecuado, su equipo puede aprender nuevos montajes y habilidades con mayor rapidez. Además, puede utilizar aplicaciones similares para guiar otros procesos de los operarios como las operaciones de kitting, embalaje y envío, y las mejores prácticas lean (como una auditoría 5S, un paseo Gemba, etc.).

Una de las principales ventajas de gestionar sus operaciones con las aplicaciones de Tulip es que puede obtener visibilidad de la producción en tiempo real. Tulip hace que sea muy fácil crear informes, agregarlos en cuadros de mando y compartirlos con las partes interesadas.

En medio de los cuatro bancos de ensamblaje, instalamos dos cuadros de mando con una aplicación Tulip que ofrecía una visión general del proceso de producción tal y como sucedía en la conferencia en tiempo real. El primero ofrecía a los asistentes un vistazo a las estadísticas cruciales de producción mediante gráficos que mostraban la duración media de los trabajos de cada estación, el total de ensamblajes realizados y el número de cargadores completados a lo largo del tiempo.

El segundo cuadro de mandos registraba los defectos comunicados por los asistentes a medida que montaban sus cargadores, haciendo un seguimiento de los defectos a lo largo del tiempo por componente, estación y tipo de defecto. Al igual que el primer tablero, éste se actualizaba en tiempo real a medida que los asistentes trabajaban en la cadena de montaje.

Para ayudar con el flujo de tráfico, también implementamos la monitorización en directo del estado de las estaciones para que los asistentes pudieran ver fácilmente en tiempo real cuál de las cuatro estaciones se estaba utilizando y cuáles estaban listas para que comenzaran el montaje. Esta lectura se mostraba en los cuadros de mando de producción que habíamos instalado y también estaba vinculada a una luz de estado Andon montada en la parte superior de cada estación de trabajo.

Tras montar su cargador y volver al evento principal, los asistentes pudieron ver cómo Be Global Safety había estado vigilando todo el espacio con IA para detectar e informar sobre cualquier incidente de seguridad que pudiera haberse producido. Con una simple cámara IP que vigile la zona, Be Global Safety puede detectar EPI, actos inseguros y otros peligros en un almacén, un laboratorio o un taller. El uso de un sistema como Be Global Safety para supervisar su planta de operaciones proporciona otra capa de información que puede utilizar para ayudar tanto a los trabajadores de primera línea como a los directivos con el fin de impulsar la mejora continua.

Todas las tecnologías utilizadas para construir la fábrica Pop-up tienen algo en común: todas se ejecutan en la nube de AWS (de hecho, Tulip es socio de competencia industrial de AWS).

Funcionar en la nube hace que la fábrica emergente sea escalable. Si quisiéramos añadir más estaciones o reducir su número, podríamos hacerlo fácilmente. Esta flexibilidad le permite dirigir sus sistemas como dirige su fábrica: con un desperdicio (de servidores) mínimo.

Además, funcionar en la nube reduce la inversión inicial necesaria para poner en marcha el sistema.

Aunque la fabricación ha llegado tarde a la revolución de la nube, las fábricas de todo el mundo se están dando cuenta de que funcionar en la nube es un imperativo estratégico para sus operaciones.

Aunque puede resultar poco realista poner en marcha una línea de producción a gran escala en 24 horas, seguir siendo competitivo en el panorama económico actual, que cambia con rapidez, significa que los fabricantes de todo el mundo deben adaptarse más rápidamente que sus competidores. La implementación de tecnologías emergentes como la fabricación aditiva, las instrucciones de trabajo digitales, la visión artificial y la realidad aumentada permite a los fabricantes mantenerse ágiles y ampliar su ventaja competitiva alcanzando la excelencia operativa.

Aprovechando tecnologías como éstas, que nos ayudaron a montar con éxito nuestra fábrica pop-up, usted también puede conseguirlo:

Diseño, desarrollo e introducción en el mercado de productos acelerados

Con la ayuda de herramientas de diseño avanzadas y el poder de la fabricación aditiva, los fabricantes pueden diseñar, crear prototipos e iterar sobre nuevos productos de forma más rápida y rentable que nunca. El uso de un potente paquete de software de diseño como Autodesk junto con las impresoras 3D comerciales permite a los fabricantes ahorrar dinero y acelerar su proceso de creación de prototipos. Con técnicas de deposición avanzadas como las empleadas por Formlabs Fuse 1, puede incluso producir piezas acabadas de alta calidad listas para ser ensambladas en una unidad completa. Con herramientas como éstas, las empresas pueden acelerar considerablemente las fases de desarrollo e introducción del ciclo de vida del producto.

Mejora de la productividad mediante el aumento de los trabajadores de primera línea

Las tecnologías ágiles guían la producción y permiten a los equipos de toda una organización funcionar con mayor rapidez. Las aplicaciones sin código creadas en la plataforma Tulip proporcionan a los operarios la información adecuada en el momento preciso. Las instrucciones digitales guían los flujos de trabajo y ayudan a evitar errores en la producción al integrarse con las máquinas y dispositivos utilizados en sus operaciones, haciendo que los trabajos sean más seguros, fáciles y eficientes.

El uso de dispositivos AR para mostrar aplicaciones ayuda aún más a los trabajadores de primera línea en situaciones en las que sus manos necesitan estar libres para la tarea que tienen por delante. Al implementar estas tecnologías, los fabricantes pueden mejorar significativamente la productividad junto con la calidad del producto, sin tener que sacrificar la flexibilidad y las ventajas de los trabajadores humanos.

Mejora continua mediante datos en tiempo real

Aprovechar la conectividad de borde a IIoT y las aplicaciones digitales para recopilar datos en tiempo real ofrece a los fabricantes la capacidad de mejorar continuamente. Con las aplicaciones de operaciones de primera línea integradas en Tulip, puede recopilar datos humanos y de procesos para obtener información valiosa sobre el tiempo de actividad de la máquina, la calidad, los tiempos de ciclo y todo lo demás. Capturar los datos tanto de sus operarios como de sus equipos permite a los supervisores e ingenieros obtener una visión holística de sus operaciones, y les permite identificar y resolver rápidamente los problemas a medida que surgen.

El desarrollo de los ciudadanos y la convergencia de las TI y las OT

Con las tecnologías lean aumentadas, los datos de TI y OT ya no tienen por qué estar aislados. El aumento de la conectividad entre máquinas, sensores y humanos permite crear sistemas de producción más ágiles y con mayor capacidad de respuesta para resolver los problemas de su explotación.

Al democratizar el desarrollo con una plataforma sin código, las empresas pueden ahorrar tiempo y recursos al eliminar la necesidad de implicar a TI, ya que los desarrolladores ciudadanos pueden crear aplicaciones y analizar conjuntos de datos por sí mismos. Con este modelo, los equipos pueden seguir siendo ágiles y, al mismo tiempo, permitir que las mejoras se apliquen de forma mucho más rápida y eficaz.

Primeros pasos con Frontline Operations

Tanto si tuvo la oportunidad de experimentar la fábrica emergente en persona como si lo que ha leído aquí le parece interesante, iniciar la transformación digital de su empresa es fácil. A continuación encontrará opciones para todos: