El hilo digital en la digitalización de la Industria 4.0

Foto: Aritex Code.

El hilo digital es el siguiente paso en materia de transformación digital para impulsar la competitividad empresarial. Su piedra angular es la interconexión de sistemas y la democratización de los datos.

Pero ¿a qué hace referencia el concepto hilo digital? Según explica Will Hastings en su artículo ‘What Is a Digital Thread?’, publicado en ptc.com, “el hilo digital busca crear un acceso universal simple a los datos. Extrae un conjunto único de datos de cada proceso y función comercial para permitir la continuidad y la accesibilidad a esos datos”. Y añade: “Un hilo digital crea un circuito cerrado entre los mundos digital y físico, transformando la forma en que se diseñan, fabrican y reparan los productos”.

Si vamos más allá del concepto y lo enfocamos hacia la digitalización de las empresas, podemos destacar que el hilo digital establece un marco de comunicación compartido basado en la recopilación, estructuración y homogeneización de datos que conecta elementos tradicionalmente aislados en procesos de fabricación (diseño, aprovisionamiento, producción, mantenimiento, comercialización, etc.) y proporciona una vista integrada de todo el proceso productivo a lo largo de la cadena de valor.

La comunicación automatizada y compartida entre todos los departamentos, softwares y maquinaria implicados en el ciclo de fabricación resulta en un mayor control de la trazabilidad, así como en la optimización de recursos y procesos, provocando un incremento de la productividad en diversas escalas.

La sincronización de datos en tiempo real y la democratización de estos datos (es decir, el acceso y la comprensión por parte de todos los profesionales implicados en un proyecto determinado, siempre que estén autorizados para ello) facilita la optimización de procesos en diversos ámbitos industriales y supone un nuevo hito en la digitalización de las empresas.

Desde la ingeniería hasta la fase de ventas, pasando por producción, gestión de calidad y logística… todos los departamentos ven incrementada su productividad gracias al hilo digital.

La clave de este sistema es la recopilación, análisis e interpretación de datos, por lo que se fundamenta en diversas tecnologías relacionadas con la digitalización, tales como la Industrial Internet of things (IIoT), el Big Data, el Machine Learning, la Inteligencia Artificial y Business Intelligence e incluso la Realidad Aumentada.

La capacidad del hilo digital de proporcionar un flujo de datos que interconecta todos los sistemas y procesos de producción supone una ventaja competitiva con impacto directo en la productividad.

Por ejemplo, el hecho de obtener datos en todas las capas de la ISA-95 (*) nos permite trabajar con tecnologías de Machine Learning, Big Data e Inteligencia Artificial, que conforman la base para desplegar sistemas de mantenimiento predictivo.

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Detectar una anomalía antes de que se produzca y evitar de este modo una incidencia que provoque una parada no programada ya no es una utopía.

Para conseguirlo, el sistema informático se nutre de datos procedentes de las diversas capas del proceso, comenzando por la sensórica, pasando por los dispositivos, líneas, maquinaria, etc. Anticipándose así a posibles fallos teniendo en cuenta el histórico de incidencias y todos los datos que el sistema recopiló antes y durante esas incidencias.

Gracias a esos datos, cuando el sistema detecta que se está repitiendo un patrón similar al que precedió a un fallo del sistema, lanza un aviso, alarma, etc. para que se realice una intervención de mantenimiento con el objetivo de evitar la repetición de esa incidencia.

A mayor despliegue del hilo digital (es decir, a mayor interconexión de sistemas y cantidad de datos), mayor capacidad tendremos de identificar parámetros que arrojan valores fuera de los predeterminados y de adelantarnos a posibles fallos, consiguiendo un aumento de la productividad y un ahorro de costes.

Beneficios del mantenimiento predictivo

• Mayor productividad
• Incremento de los ingresos
• Reducción de costes
• Reducción de tiempo
• Aumento de la calidad
• Ventaja competitiva frente a la competencia. O desventaja en caso de no valorarlo.

No obstante, el mantenimiento predictivo es solo una de las ventajas competitivas que proporciona el hilo digital y los gemelos digitales en la Industria 4.0. La interconexión de sistemas en un flujo de datos único y comprensible por todos los integrantes del proceso productivo abre un abanico de aplicaciones innumerables y ofrece claros beneficios a todo tipo de industrias.

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Cualquier industria encontrará beneficios en la aplicación de sistemas basados en el concepto de hilo digital. Los sectores automovilístico, alimentario, farmacéutico, logístico… Cualquier industria discreta, de proceso o de servicio.

En la industria aeronáutica y aeroespacial, por ejemplo, hace tiempo que es imprescindible. Conectar los sistemas CAD (Diseño Asistido por Ordenador), el Product Data Management (PDM o Sistema de Gestión de Datos de Producto) y el Product Lifecycle Management (PLM o Sistema de Gestión del Ciclo de Vida del Producto) junto con sistemas de analítica avanzada conforma una ventaja competitiva evidente.

Y si tú no aprovechas esa ventaja, lo hará la competencia. Así que mejor no quedarse atrás.

Máxime cuando puedes integrar también sistemas basados en el concepto ‘gemelo digital’, que te permiten saber cómo va a funcionar una línea de robots (o una fábrica entera) antes de montarla. O evitar procesos fallidos de todo tipo antes de que se produzcan.

Hilo digital y gemelo digital

En la Industria 4.0, el gemelo digital se refiere a una réplica digital de un sistema físico en tiempo real.

Por ejemplo, una empresa de fabricación podría crear un gemelo digital de una máquina para analizar cómo se comporta bajo diferentes condiciones, y utilizar esa información para hacer mejoras en la máquina real. De esta manera, el gemelo digital puede ayudar a reducir los costos de mantenimiento, aumentar la vida útil de los productos, mejorar la eficiencia de los procesos y reducir los tiempos de inactividad.

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El hilo digital recaba datos en tiempo real y los democratiza; el gemelo digital además proporciona la opción de ensayar modificaciones en una réplica digital de cualquier sistema. Los datos que arrojan esos ensayos facilitan la toma de decisiones de forma más precisa y en menor tiempo.

Tanto el hilo digital como el gemelo digital se fundamentan en la obtención e interpretación de datos digitales facilitados por tecnologías relacionadas con el IIoT.

La clave del hilo digital radica en la extracción de datos comprensibles de una gran cantidad de fuentes con lenguajes de programación diferentes y la democratización de estos datos, para hacerlos comprensibles de cara a todos los integrantes autorizados de un proyecto.

Los datos se obtienen de las diversas capas que intervienen en la cadena de valor. Pero, ¿cuáles son estas capas?

• Elementos de automatización y control. Pueden ser sensores, actuadores y controladores.
• Software de gestión de máquinas.
• Software de planta. Nos referimos al Manufacturing Execution System (MES), que controla las funciones en planta, las materias primas, el aprovisionamiento, las órdenes de producción, etc.
• Software empresarial. El ERP (siglas de Enterprise Resource Planning, o Sistema de planificación de recursos empresariales en castellano) es la capa superior.

La interconexión de sistemas que ‘hablan’ en diferentes lenguajes (máquinas y sensores, sin ir más lejos) nos pueden hacer pensar en los antiguos ‘drivers’ que se debían instalar simplemente para que el PC y la impresora se entendieran.

Si evolucionamos esta idea nos encontramos con Thingworx, la plataforma de IIoT desarrollada por PTC que amplía la conectividad entre softwares diferentes y elimina las barreras de comunicación en favor de una mayor competitividad empresarial.

Si bien el hilo digital es un concepto y no un sistema, podemos determinar que plataformas como Thingworx contribuyen decisivamente a la integración del hilo digital en la industria.

No obstante, para orientar el concepto hilo digital hacia resultados concretos y hacia un retorno de la inversión para una empresa o un proyecto determinado, es necesario aplicar una metodología estricta.

Como GAMP5 (siglas de Good Automated Manufacturing Practices o, en castellano  Buenas Prácticas de Fabricación Automatizada). Se trata de un método de validación de procesos que ya va por su 5ª versión y que establece las pautas a seguir para garantizar que tanto el software como el proyecto en sí, cumplan con su cometido.

El punto de partida lo marca una fase de consultoría, que nos permitirá identificar casos de uso específicos y alinearlos con iniciativas comerciales estratégicas clave.

Le sigue la propuesta de soluciones, mediante un documento de especificaciones funcionales que incluyen cálculos de retorno de la inversión.

Tras esta fase se plantea un proyecto ‘llaves en mano’ o ‘end to end’, que contempla una solución integral y específica para cubrir todas las necesidades de la empresa: diseño de hardware, integración de software, testeo, puesta en marcha y monitorización.

Y todo este proceso que impulsará la competitividad del proyecto se puede desarrollar en un solo año, dependiendo de la complejidad del proyecto.

Ya veis, la competitividad de la industria pende de un hilo… digital.

(*) La especificación ISA-95 es un estándar que define en detalle el intercambio de información entre las funciones de control de fabricación y otras funciones empresariales.