Fabricación cero defectos, excelencia para competir en los mercados internacionales

La calidad de un producto industrial depende tanto de los equipamientos empleados como de los procesos de fabricación. Cualquier fallo registrado en las plantas productivas o en la tecnología utilizada puede causar imperfecciones que tengan como consecuencia un importante aumento de los costes productivos.

La fabricación ZDM busca eliminar los fallos a lo largo de la cadena de valor mediante un seguimiento y supervisión exhaustivo de todos los puntos del proceso para lograr el control absoluto de la calidad en la fabricación industrial.

El avance en el desarrollo de soluciones tecnológicas de vanguardia y la inversión en proyectos de I+D que permitan generar y transferir al mercado con éxito soluciones de la fabricación cero defectos es un desafío clave al que se enfrentan las empresas, los centros tecnológicos y las universidades para apuntalar la construcción de las fábricas inteligentes del futuro y, sobre todo, para garantizar la rentabilidad de sectores económicos estratégicos para Europa como el aeronáutico, el energético, el ferroviario, el eólico o el automovilístico, frente a la fuerte competencia de las potencias emergentes.

Las empresas industriales se enfrentan, por tanto, al reto de producir componentes de óptima calidad para poder competir en los mercados internacionales y la fabricación ZDM es la estrategia que permitirá desplegar herramientas avanzadas y soluciones de alto valor añadido para alcanzar esa excelencia en la producción tan demandada.

Además, se trata de un paradigma emergente cuyo objetivo es ir más allá de los enfoques tradicionales en sectores industriales que cuentan con procesos de fabricación de alto valor añadido, bajo el concepto de hacerlo bien a la primera: ‘first time right, and always right’.

Para implantar la fabricación cero defectos resulta clave detectar esos fallos en cualquiera de los procesos y las piezas que se fabrican y la mejor fórmula para conseguirlo es a través del uso de sensores como cámaras de inspección óptica, ultrasonidos o sistemas de ensayos no destructivos de materiales, entre otras soluciones.

El centro tecnológico de fabricación avanzada Ideko, miembro de la alianza Basque Research and Technology Alliance (BRTA), está especializado en el desarrollo de tecnologías y soluciones para la fabricación cero defectos y, en estos momentos, trabaja en varios proyectos punteros de I+D que buscan avanzar en este paradigma.

Una de esas iniciativas es InterQ. Este proyecto, coordinado por Ideko, arrancó en noviembre de 2020 y se centra en el desarrollo de una plataforma digital para la generación y gestión integral de datos procedentes de los equipos, que permitan garantizar la calidad de productos y procesos con el objetivo de optimizar el paradigma de fabricación cero defectos.

Los soportes digitales generan y almacenan en la actualidad un gran volumen de datos, pero, sin las tecnologías de procesamiento y gestión adecuadas, no es posible producir información precisa, fiable, segura y relevante, que permita elevar la eficiencia y la calidad de los procesos industriales.

La plataforma que se está creando en InterQ busca dar respuesta a esta problemática. Se trata de una solución centrada en el tratamiento de datos para la optimización de procesos de fabricación cero defectos, de modo que la calidad se pueda rastrear a lo largo de toda la cadena de valor.

La plataforma se divide en cinco módulos que permitirán la gestión integral de la calidad. InterQ-Process es el primero de ellos y se centrará en la monitorización de la calidad de los procesos de fabricación. Le sigue InterQ-Product, que controlará la calidad del producto. El siguiente es InterQ-Data, para la evaluación de la calidad de los datos regidos. El cuarto es InterQ-ZeroDefect, cuya misión será la mejora de la calidad de fabricación mediante la aplicación de la inteligencia artificial, alimentado con datos fiables y relevantes. Por último, InterQ-TrustedFramework garantizará una trazabilidad completa del producto, dirigida a las diferentes partes de la cadena de valor mediante la aplicación de tecnologías de registro distribuido (Distributed ledger Technology).

Dentro del módulo InterQ-Process, la solución será capaz de medir, predecir y controlar la calidad del proceso de fabricación a través del desarrollo de una nueva generación de sensores virtuales y gemelos digitales. Se trata de obtener datos relevantes del proceso mediante una nueva generación de componentes capaces de medir muy cerca del punto de corte y sensores virtuales que permiten predecir estas magnitudes mediante algoritmos de Inteligencia Artificial y Machine Learning.

El proyecto promueve además la aplicación de las últimas técnicas de visión artificial y sensores ópticos y magnéticos para la medición de la calidad superficial, la topografía y la integridad superficial de la pieza dentro del módulo InterQ-Product. El desarrollo de gemelos digitales orientados a la predicción final del producto complementará estos sistemas.

El proyecto, que se prolongará hasta 2023, cuenta con la participación de 25 socios, procedentes de 11 países europeos, entre los que se encuentran empresas de referencia como Renault, Gamesa Energy Transmisión o ITP. También, forman parte del consorcio Danobat, Aeromec, Tekniker o la Universidad del País Vasco UPV/EHU.

Otra de las iniciativas con las que contribuye Ideko es el proyecto DAT4.ZERO, que se centra en el desarrollo de un sistema de gestión de la calidad mejorado gracias a la digitalización (DQM).

Esta iniciativa busca crear una plataforma que recopila y organiza datos procedentes de una red de múltiples sensores distribuidos que, combinados con un kit de herramientas optimizados a través de tecnologías digitales, una capa de modelado y simulación y una mayor integración en los sistemas ciberfísicos, ofrece niveles adecuados de precisión de los datos para apoyar eficazmente la toma de decisiones y la resolución de problemas. Esta plataforma empleará mecanismos de retroalimentación y proalimentación inteligentes y dinámicos dirigidos a contribuir al desarrollo de la ZDM.

En concreto, el objetivo de este proyecto es integrar sensores y actuadores inteligentes y rentables para la simulación, supervisión y control de los procesos; desarrollar estrategias de integridad y validación de los datos en tiempo real en las líneas de producción; desarrollar estrategias innovadoras de gestión de datos como un enfoque integrado de ZDM; y desarrollar estrategias para una rápida calificación y reconfiguración de las líneas.

La iniciativa trabaja por desarrollar y demostrar un sistema DQM innovador y una estrategia para su despliegue que permita a la industria manufacturera europea alcanzar la fabricación cero defectos en contextos de producción altamente dinámicos, de alto valor añadido, elevada variación y bajo volumen, mediante una selección e integración efectivas de sensores y actuadores para la supervisión y control de los procesos.

En el marco de la iniciativa DAT4.ZERO, los partners han identificado ya siete áreas que constituyen los retos tecnológicos a superar durante el proyecto. Se trata de la gestión de calidad y cero defectos, la ciberseguridad e integridad de los datos, la gestión de los datos y extracción de conocimientos, el establecimiento de una red de múltiples sensores para la recopilación de datos, el desarrollo de la inteligencia artificial y el análisis de datos para cero defectos de fabricación, los sistemas ciberfísicos para el control de proalimentación y el modelado y simulación para una rápida reconfiguración de las líneas.

El planteamiento de gestión de la calidad digitalmente mejorada de DAT4.ZERO permitirá el uso de datos procedentes de múltiples fuentes y semánticamente enriquecidos que hayan sido capturados en las plantas de producción. De esta forma se podrán descubrir las causas ocultas de los defectos y las correlaciones de calidad correspondientes. También, se conseguirá la introducción de un nuevo modelo basado en conocimientos avanzados para adaptar la configuración de la cadena de procesos con el objeto de reducir los costes y esfuerzos para mejorar la calidad y, en última instancia, aumentar la competitividad de la industria europea que produce piezas de alta complejidad y alto valor.

Una de las aportaciones de Ideko al proyecto es la selección e integración de sensores y actuadores en los equipos. El centro tecnológico se centra en la definición de los requerimientos de fiabilidad, repetibilidad y calidad de los datos obtenidos, para la selección y desarrollo de los sistemas de medición y actuación a implementar en las líneas piloto definidas en el proyecto DAT4ZERO.

Posteriormente, Ideko dará soporte al tratamiento de los datos adquiridos en las labores de preprocesado, análisis, selección de indicadores significativos, extracción de conocimiento, visualización y validación de cada uno de los pasos dentro de la plataforma de gestión de la calidad del DAT4ZERO.

Además, el centro tecnológico es líder del paquete de trabajo de diseminación y explotación comercial de los resultados del proyecto. El objetivo general de este paquete de trabajo es garantizar que los resultados del proyecto estén disponibles para el público en general, los profesionales de la industria manufacturera y los sectores relacionados, así como ofrecer una ruta para la correcta explotación de los resultados por parte de los partners del proyecto. Para ello, Ideko desarrollará tareas de comunicación y diseminación con la misión de lograr altos niveles de conciencia pública y también trabajará con la comunidad científica e industrial. Por otro lado, se aplicará la metodología de desarrollo propio EXPLOITT, que presenta métodos y herramientas de una forma estructurada, para la identificación y desarrollo de oportunidades de negocio por parte de los partners del consorcio.

Liderado por la compañía noruega Sintef, este proyecto arrancó en 2020 y se prolongará hasta 2024. Con un presupuesto de 11 millones de euros, cuenta con la participación del fabricante de máquina herramienta Danobat, el Politecnico di Milano, la Universidad de Nottingham, el instituto Karlsruher Institut Fuer Technologie, la firma Taraz Metrology y el Instituto Tecnológico de Aragón, entre otros.

Otro de los proyectos ZDM que cuenta con la participación de Ideko es QU4LITY, una iniciativa cuya misión es construir un modelo de productos y servicios digitales transformador y adaptado a las necesidades de las pymes. En la actualidad, la introducción de soluciones digitales en el paradigma de fabricación cero defectos se enfrenta a desafíos como la fragmentación de las soluciones software que dan soporte a los datos durante su ciclo de vida, la falta de modularidad de los desarrollos y la dificultad de aplicar sistemas de control de calidad durante el ciclo del dato.

En este contexto, QU4LITY está trabajando en la creación de un ecosistema de plataformas digitales abiertas y orquestadas que permitirán desarrollar estrategias de cero defectos personalizadas, que contemplen todas las etapas de la vida del producto y proceso y hagan posible elevar la competitividad de la industria. Se trata de mejorar las decisiones en cuanto a calidad y procesos, asegurando la velocidad, transparencia y fiabilidad de la información, y aplicar bucles de control de la calidad que involucran a múltiples niveles organizativos y etapas técnicas en la producción en planta. Para ello se necesitan redes de datos interoperables que puedan conectar diversos equipamientos productivos, plantas de fabricación y distintas plataformas digitales. Esta iniciativa, que se prolongará hasta el próximo año, ha conseguido definir y desarrollar las tecnologías digitales y arquitecturas necesarias (digital enablers) para lograr una fabricación autónoma con cero defectos. En la actualidad, esas tecnologías se encuentran ya en fases avanzadas de validación en las plantas industriales o en instalaciones para la experimentación. Asimismo, el consorcio del proyecto, formado por 45 entidades, está trabajando en la elaboración de un portal de resultados y aplicaciones, denominado el ‘Qu4lity Market Platform’, cuyo objetivo es proveer de servicios y tecnologías a desarrolladores e integradores interesados en soluciones autónomas para la fabricación cero defectos. Además, en el marco del proyecto también se ha puesto en marcha una nueva alianza, la Digital Factory Alliance (DFA), que tiene el objetivo de constituir un foro de innovación e intercambio de experiencias a todo tipo de empresas europeas que estén trabajando o quieran empezar a trabajar en el ámbito de la fabricación digital.

El proyecto QU4LITY tiene un enfoque multitecnológico, que abarca el uso y desarrollo de un gran número de tecnologías basadas en la conectividad digital y el edge computing, los equipamientos de fabricación autónomos ‘plug and control’, las soluciones de captación de datos en tiempo real para monitorización y adaptación de procesos y los modelos de simulación para la creación de gemelos digitales. Mediante el uso de estas tecnologías se busca conquistar ventajas competitivas que van desde la mejora de la eficiencia operacional o la reducción del defectivo hasta la eficiencia energética y los nuevos modelos de negocio digitales.

La participación de Ideko en la iniciativa se está centrando en la monitorización de la condición de la máquina y línea productiva, y en el análisis de datos suministrados por máquinas y dispositivos integrados. Los sistemas desarrollados se comunican además con otro tipo de softwares asegurando la apertura e interoperabilidad e integran módulos de los diversos partners tecnológicos que conforman el consorcio de QU4LITY. El ecosistema de plataformas abiertas del proyecto permite así acelerar el desarrollo tecnológico y la obtención de ventajas competitivas.

El centro tecnológico tiene como tarea específica la incorporación de servicios cero defectos a la plataforma digital orientada al desarrollo de procesos de rectificado del fabricante de máquina herramienta vasco Danobat, que también participa en la iniciativa.

Ideko ofrece así apoyo en dos de los 14 pilotos de la iniciativa. En concreto, en un caso piloto a nivel de línea y en un demostrador a nivel de máquina.

Coordinado por la empresa de transformación digital ATOS, QU4LITY cuenta con la presencia de fabricantes y proveedores líderes en sus sectores como Siemens, Airbus, la Corporación Mondragon y varios centros de investigación y universidades como el Fraunhofer FHG, Innovalia o la fundación AIC.

Además de su participación en destacados proyectos de I+D europeos como los citados, IDEKO tiene un papel relevante en el paradigma ZDM, una disciplina en la que lleva trabajando más de 30 años, a través de su participación en diversos foros y asociaciones.

La entidad lidera el clúster 4ZDM, que agrupa los proyectos europeos de I+D en materia ZDM y promueve la subplataforma ZDM bajo Manufuture. El cluster 4ZDM está circunscrito a los proyectos europeos de ZDM, se preocupa por la diseminación y explotación de resultados y tiene su foco en el corto-medio plazo. De manera complementaria, la subplataforma ZDM de Manufuture es un espacio abierto para todos los agentes, que se centra en ir edificando la arquitectura del paradigma ZDM y su foco está más en el largo-plazo. Ambas iniciativas se han convertido en una de las referencias europeas en fabricación cero defectos.

Ideko tiene también una presencia activa en la organización de conferencias y webinars con el objetivo de ofrecer una perspectiva industrial del progreso actual en los proyectos ZDM financiados por la Comisión Europea. También busca aportar una nueva visión de los últimos trabajos ZDM tanto con nuevos habilitadores para la transformación digital (plataformas digitales, IA, análisis de datos, blockchain), como en la transformación verde (zero-waste, circularidad, eficiencia de recursos, eficiencia energética).