Monitorización de la máquina mediante sensores inteligentes

Un grupo de siete socios, liderado por Bosch, colabora en un proyecto, denominado Ameli 4.0, encaminado a desarrollar el sistema de sensores del futuro para la fabricación conectada o Industria 4.0. El sistema está destinado a supervisar la maquinaria y detectar inmediatamente desviaciones de su estado de funcionamiento normal. Con la ayuda del sistema, las fábricas tienen por delante un largo camino para evitar que las máquinas tengan tiempos de inactividad no planificados. En lugar de adaptarse a intervalos de mantenimiento rígidos, las empresas pueden mantener su equipo a pleno funcionamiento precisamente cuando se necesita. Se espera que este nuevo enfoque pueda reducir los costes de mantenimiento, inspección y reparación de las máquinas en hasta un 30%. Ameli 4.0 es un proyecto de investigación destinado a mejorar la posición en el mercado de las empresas alemanas con respecto a la denominada Industria 4.0. Por esta razón, está siendo financiado por el Ministerio Federal Alemán de Ciencia e Investigación (BMBF) con una suma de 3,84 millones de euros, como parte de su programa de Investigación e Innovación IKT 2020.

Los sensores desempeñan un papel clave en la industria 4.0 al funcionar como los ‘ojos y oídos’ de las máquinas y utensilios de trabajo, para los que capturan información sobre su estado y rendimiento. Para facilitar una gestión inteligente y conectividad en la fabricación, los sensores tienen que recoger y procesar enormes cantidades de datos en tiempo real. También tienen que ser tan eficientes en energía como sea posible e integrarse fácilmente en sistemas complejos de producción. Los sensores que actualmente se usan con mayor frecuencia en la industria están limitados, en lo que a su utilidad se refiere, para la industria 4.0. Para muchas aplicaciones, no son lo suficientemente inteligentes o flexibles, consumen demasiada energía, y son demasiado caros.

Para cumplir con los objetivos del proyecto de investigación Ameli 4.0, los investigadores están recurriendo a una de las tecnologías clave para el mundo conectado: los sensores Mems (Mems: sistemas micro electromecánicos). Incluso ahora, es imposible imaginarse automóviles y productos electrónicos de consumo sin sensores Mems. Ellos son, por ejemplo, el componente básico del sistema antideslizamiento ESP, y también hacen posible que la visualización en la pantalla de los smartphones gire cuando se cambia de posición el dispositivo. En comparación con los sensores industriales convencionales, los sensores Mems son pequeños, inteligentes, eficientes y económicos. Sin embargo, en muchos aspectos todavía no son tan robustos o lo suficientemente potentes como para hacer frente a las duras exigencias de un entorno industrial. Esto significa que algunas de las posibilidades de aplicación para la monitorización de los sistemas de producción están aún sin explotar. El equipo de investigación Ameli 4.0 planea desarrollar aún más los sensores Mems para que se adapten perfectamente a las aplicaciones industriales. El suministro de energía juega un papel importante en este campo: el nuevo sistema no requerirá cables de corriente ni baterías. Están diseñados para ser completamente autosuficientes gracias al aprovechamiento de la energía generada a partir de las vibraciones de las máquinas.

Para controlar las máquinas, el nuevo sistema de sensores medirá dos tipos de ruido: el ruido estructural; es decir, las vibraciones dentro de la máquina, y el sonido acústico; es decir, el ruido emitido por la máquina. Cuando una máquina no está funcionando como estaba previsto, vibra y suena diferente de como lo haría cuando funciona correctamente. El sistema compara las señales medidas con un patrón de perfiles memorizados. Éste continúa el aprendizaje y actuará sólo si los cambios en las señales indican un defecto o desgaste por el uso. Como resultado de todo ello, en el futuro, el sistema sensor será capaz de detectar cuando una máquina necesita mantenimiento o reparación. En los sistemas más complejos, esta evaluación inteligente puede ser manejada mediante una gateway (puerta de acceso o enrutador), a la que los sensores transmiten sus datos, o a través de la red informática de la planta de fabricación.

El proyecto Ameli 4.0 reúne a institutos y socios industriales que son líderes mundiales en sus respectivos campos —tecnología de sensores, sistemas e ingeniería mecánica, monitorización de las máquinas, conversión de energía, y microtecnología— uniendo sus esfuerzos para impulsar las innovaciones. Robert Bosch GmbH, líder del mercado de sensores Mems, encabeza el proyecto. Los otros socios son Siemens AG, Hahn Schickard Gesellschaft, el Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology IPK, Binder-Elektronik GmbH, Schaudt Mikrosa GmbH, y Stackforce GmbH. El nombre Ameli 4.0 significa ‘micro-electromechanical system for condition monitoring in Industry 4.0’ (sistema micro-electromecánico para la monitorización de estado en la industria 4.0). Lanzado en diciembre de 2015, el proyecto está programado para concluir a finales de 2018.