Fundamentos de la Industria Inteligente - Oliver Perez - Chihuahua Futura
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Fundamentos de la Industria Inteligente
Oliver Perez
Agenda
• Porque un cambio de Paradigma.
• Evolución de la manufactura.
• Principios de la Industria 4.0.
• Industria 4.0 aplicada a la manufactura.
• Herramientas de diagnóstico.
• Preguntas y Respuestas.
Todos los derechos reservados pertenecen a Chihuahua Futura y Oliver Perez
¿Porque un Nuevo Paradigma?
Vamos al espacio
mas seguido Robots aspiran la
casa Estamos alejándonos de Cientos de satélites
las energías fósiles alrededor del mundo
Crypto Monedas
Podemos conectar Robots que trabajan en el Carros
Software se esta
nuestro cerebro a mismo espacio que los Autónomos
comiendo al mundo!
una computadora humanos
Motores de
Pasamos horas en Porque el Mundo esta A.I. esta en todos lados!
el metaverse
Combustión Interna
están muriendo! cambiando Podemos comprar
cualquier cosa con el Drones entregando
La Música es en línea poder de un clic medicinas en
en vez de discos Nano Chips son el lugares inhóspitos
nuevo estándar
Tenemos Robots que Vacunas mRNA en A.I. diagnostica cáncer de la Comemos carne hecha
con plantas Imprimir objetos
operan gente tiempo récord piel con mayor certidumbre
3D es más fácil que
que un Doctor nunca
Computación Cuántica Hay un App para todo!
Contratos
a la Vuelta de la Tom Cruise es deep
Inteligentes Podemos editar ADN!
esquina faked
Evolución de la Manufactura
Manufactura de vapor Manufactura Eléctrica Manufactura Automatizada Ciber Manufactura d
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MECANIZACIÓN ELECTRO- MECANIZACIÓN ELECTRO- MECANIZACIÓN SISTEMAS CIBER FÍSICOS
PROGRAMABLE
La Fuente de energía y las operaciones Los activos de producción están • Aparece el PLC • Internet de las Cosas, Gemelos Digitales, IA,
de transformación estaban físicamente separados de la fuente de energía Robótica Colaborativa, AR/VR…
conectadas • Incrementa de nuevo la productividad
La productividad vuelve • Explotación máxima de la digitalización
La productividad aumento aumentar. Se produce en horas • La automatización reduce el impacto
considerablemente. nocturnas. de la mano de obra en el costo de • Análisis de datos masivos para mejoras de la
producción producción y decisiones en tiempo real
La mentalidad de producción esta la de Producción masiva
una taller • La secuencia de la manufactura es • Se esperan mejoras en la productividad
Reducción de las configuraciones programable
Nació el concepto de fabrica de producto • Más configuraciones, más personalización
• Se fortalece TPS. Justo a tiempo, una
-
Movimientos migratorios a las ciudades La estandarización permitió el pieza a la vez, reducción de • Tiempos de entrega más cortos
intercambio de herramientas, inventarios y mejoras de la calidad.
savoir faire ya no era trascendental para fixturas y otros utensilios de la • Calidad impecable
la subsistencia de la producción manufactura. • ISA 95
Principios de Manufactura de la Industria 4.0
En un Sistema Ciber-Físico el mundo físico y elementos de software están profundamente entrelazados que
interactúan el uno con el otro de distintas maneras dependiendo del contexto.
Descentralización y Transparencia y Orientado al Servicio Inter-Conectividad e
Tiempo Real Modularidad
autonomía Virtualización Inter-Operabilidad
La habilidad de tomar La habilidad de recolectar La habilidad de los sistemas Libre flujo de la La habilidad de los sistemas, La habilidad de la
decisiones cerca de los y analizar datos en tiempo de información para crear información entre y dentro maquinas, dispositivos, manufactura para adaptarse
puntos de operación. real permite que las copias virtuales del mundo de los negocios para sensores y personas para de manera flexible a los
Computación al borde decisiones se tomen de físico enriquecidos con datos satisfacer mejor las conectarse y comunicar entre cambios de requerimientos
manera inmediata a cada de los sensores. Esto requiere necesidades del cliente ellas a través del internet de y las necesidades de la
La habilidad de un Sistema momento. agregar eficientemente proveyendo un servicio las cosas. industria.
Ciber Físico de tomar datos no estructurados de personalizado.
decisiones para desarrollar los sensores de bajo nivel en
tareas de manera autónoma sistemas de alto nivel para
ser contextualizados.
Como resultado de la aplicación de estos principios se obtiene una fábrica flexible, ágil, productiva y de alta
calidad que responde a las necesidades del cliente y que evoluciona con ellos: Una fábrica inteligente.
Tecnologías de la Industria 4.0
Robótica Avanzada
Inteligencia Artificial • Robots autónomos y Colaborativos
• Modelos útiles para inspección, • Numerosos sensores integrados
programación de la producción, • interfaces estandarizadas
mantenimiento, optimización, etc. Simulación
• Optimización basada en datos de tiempo real:
Análisis y Datos masivos
• Reducción de riesgo
• Evaluación de datos masivos disponibles
• Mejora continua
(ERP, SCM, MES, CRM, datos de máquina)
• Reducir el tiempo de diseño y desarrollo
Realidad Aumentada Integración de Sistemas
• Desplegar información digital Tecnologías de la Industria 4.0
Integración total de los datos:
traslapada con el mundo real CHIHUAHUA • Horizontal: del proveedor al cliente
• Mantenimiento, entrenamiento, FUTURA • Vertical: del piso a planeación
procedimientos de producción
Internet Industrial de las Cosas
Impresión 3D • Conectividad de máquinas y productos
• Partes de repuesto
• Comunicación multi direccional de
• Reducción de desarrollo de prototipos
objetos conectados
• Cero complejidad
• Herramientas y fixturas Ciber Seguridad
• Protección de sistemas y redes de información
Computación en la nube • Protección de servicios proveídos contra
• Manejo de altos volúmenes de datos disrupciones o desvíos
• IaaS, PaaS, SaaS
Fábricas Inteligentes
Datos masivos Ø Maneja la complejidad de manera sencilla
CIBER SEGURIDAD y analítica Ø Incrementa la creatividad
Computación en la Ø Manufactura Colectiva
Ø Protección para Nube
manufactura basada en
el Internet Ø Mas intimidad con el cliente
Ø Productos con largos SENSORES Ø Sistemas Ciber Físicos Ø Flexibilidad
ciclos de vida SISTEMAS DE Ø Comandos Numéricos Ø Alineación con las
Ø Cero desviación o Ø Automatización total
MANUFACTURA necesidades del cliente
fallas Ø Sistemas Interconectados
AVANZADA Ø Manufactura “on demand”
Ø Reactividad Ø Comunicación M2M
PROVEEDORES Ø Rastreabilidad CUSTOMIZACIÓN
Ø Predictibilidad MASIVA
Oliver
CLIENTES
Vehículos
Manufactura Aditiva Materiales Avanzados ROBOTS AVANZADOS
Autónomos Internet de las
Ø Eliminación de Scrap Ø Valor agregado al producto Ø Tiempo Real Ø Optimización de Flujo Cosas
Logística 4,0 Ø Customización Masiva Ø Diferenciación Técnica Ø Autonomía Ø Mayor Seguridad Ø Etiqueta Objetos
Ø Prototipado Rápido Ø Conectividad Ø Productividad Ø Bajo Costo Ø Captura datos en tiempo real
Ø Transparencia
Ø Cadena de suministro Ø Reduce desperdicio
Integrada Ø Comunicación Internet-
Ø Sistemas Interconectados Ø Energías limpias y Objeto de baja potencia
Ø Coordinación Perfecta Ø Optimización de Inventarios
Renovables
Ø Almacenamiento de Energía del Futuro
Energía
Ø Materiales alternativos
Internet de las Cosas
Cortesía del Libro Manufactura Inteligente –Oliver Perez, 2020
• Permite la construcción de los sistemas ciber Físicos Tecnología habilitadora de la Industria 4.0
• Recolección de datos masivos directo de equipos y piso de • Optimización de Energía
producción en Tiempo real • Mejora visibilidad de la demanda
• Inter Operabilidad – Comunicación máquina a máquina • Mejora la productividad
• Virtualización – Permite la creación de gemelos Digitales • Reduce le tiempo Muerto
• Orientación al Servicio -Conexión con clientes a través del • Decisiones rápidas y mejor informadas
producto
IoT en manufactura
Ejemplo de Arquitectura Simple
Aplicaciones
Ciclo de Vida del Producto y el Hilo Digital
El ciclo de vida del producto permite a las compañías diseñar, desarrollar, manufacturar y dar servicio para satisfacer una necesidad del mercado
• Mejora la planeación de materiales y máquinas para maximizar el retorno de la inversión
• Integra las demandas del cliente en el diseño y simulación para mantenernos
competitivos
BENEFICIOS
Mercadotecnia Investigación y • Billetes de materiales (BOM) reflejan los cambios más recientes lo que reduce la
desarrollo complejidad, alinea los equipos con el programa de producción y reduce desperdicio
Innovar • El personal en producción obtiene información para entrenamiento y una eficiente
ejecución de los procedimientos (SOP)
Reciclar Diseñar • Retroalimentación durante la manufactura mejora la producción y los cambios eficientes
de Ingeniería
Servicio
Servicio Documentar • La información del ciclo de vida se encuentra en múltiples plataformas, no es altamente
PROBLEMA
precisa y no es actualizada en tiempo real
• La información de manufactura es introducida al sistema de manera manual, los activos
Mercado Simular (equipos) no están conectados y no ofrecen datos
Ingeniería • Los cambios de Ingeniera son una reacción tardía a problemas del piso de producción o
Manu
Ventas factura cambios de diseño por quejas de cliente …..
Embarques Procuración de materiales
Un hilo digital que genere un lazo cerrado entre el mundo digital y el mundo físico
SOLUCIÓN
• Procuración de materiales
• Control de Producción para optimizar productos, personas y procesos y lugares que se expanda a lo largo de
• Mantenimiento la vida del producto utilizando las tecnologías de la Industria 4.0 disponibles. Un hilo
• Calidad de Prueba
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digital que integre los sistemas de manufactura verticalmente y la cadena de
suministro de manera horizontalIntegración de Sistemas en la Manufactura -HOY
ISA 95
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Material y Energía – Control de Dat d e l c ie ntos s
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Investigación,
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oIntegración de Sistemas vertical - ISA95 Vs IoT
Arquitectura de Bróker MQTT: Datos
de diferentes niveles se conectar a través de
un bróker suscribiéndose o publicando
Plataformas Lago de
Analíticas Datos Equipos de
Planeación Proveedor
de Negocio Plataformas
ERP, PLM,
Nivel Compañía IoT
y Logística SCM, CRM
horas Redes IP
ERP SCADA
Manejo de (Ethernet)
Operaciones de MES
Espacio de
Nivel Planta Manufactura Minutes Etiquetas Puertos I/O
Historiador
Monitoreo y Supervisión de la SCADA Unificado al borde
Nivel Proceso producción HMI
Redes de
segundos Control
MES Controladores
(Fieldbus, etc)
Detección y Manipulación PLC LIMS
Nivel Equipo (PLC) Sensores (i – n)
Tiempo Real es WMS Servidores Inteligentes
Critico (ms) Señales, OPC-UA
Nivel de Campo (Sensores) Proceso de la Producción
Sensores • Inter Operabilidad
• Escalamiento Directo
• No Inter Operabilidad • Integración Flexible
• Escalamiento complicado • Conectividad al Internet de todos los datos
ESCALAR O MORIR
• Jerarquía restringida físicamente
• Conectividad de internet limitadaEjemplos de Integración de Sistemas
• Mosquito
• Ignition
• RabbitMQ
• VerneMQ
• ThingWorx
• EMQ
• HiveMQIntegración Vertical – Tableros de Manufactura en Tiempo Real
Objetivo: Crear una imagen completa de las operaciones de manufactura
Pasado: Creación de tablero en Excel Presente: Tablero en Web con datos del Broker Secuencia de creación de tablero
Persona
recolecta los
datos en piso
Persona hace
“queries” para
sacar datos de
los sistemas
Persona
Integra todo Se pueden integrar con
en Excel
herramientas de visualización
Persona existentes:
normaliza • Tableau
datos en Excel • Portal de Visualización de Datos agregados • Power BI
Persona usa accesible por todos los departamentos • QlikView
templete para • Tablero de datos en Tiempo Real Provee datos en tiempo real a
el tablero
contextualizado a los objetivos de cada plataformas IoT en la nube:
departamento • PTC Thingworx
• Regimiento de recolectores de datos
• Acceso a datos y reportes desde cualquier • Microsoft Azure
• Toma de decisiones tardía que genera
lugar • IBM Watson
costos de la mala calidad y perdidas
• Integración de Datos de diferentes sistemas
de productividad
(ERP, MES, SCADA…)
• Errores de entrada de datos
• Datos directos de piso sensoresMANEJO DIGITAL DEL DESEMPEÑO
ANÁLISIS DE CUELLOS DE BOTELLAS
ENFOQUE En Búsqueda de las horas
perdidas
GRAFICA DE TIEMPO PERDIDO
PRIORIZACION • Estandarización de
métricos
MÉTRICOS TABLERO DE PRODUCCIÓN • Información en tiempo
real y transparente a
CONFIRMACION MONITOREO cada nivel
• Rastrea y Valida el
impacto de las mejoras
ANALISIS conforme van
occuriendo
RASTREABILIDAD DE ACCIONES
MEJORA
PARETO DE PERDIDASIntegración Horizontal
BENEFICIOS
Comunicación inmediata con proveedores
problemas de calidad
fluctuaciones en la demanda
Rastreabilidad del producto punta a punta
Satisfacción del cliente
Lealtad
Predictibilidad de entregas a tiempo
Contratos inteligentes que reducen costo
Reducción de inventario
…..Computación en la Nube
SaaS
PaaS
IaaS
Oliver
Oliver
Oliver
Oliver
Herramientas de Sistemas Servidores y Firewalls / Centro de
Alojamiento de Desarrollo, Bases Datos/Edificios
Aplicaciones Operativos Almacenamiento Seguridad
de datos, analítica
• Consideraciones para la Manufactura
Criticalidad de datos y aplicaciones
Confidencialidad de la información
Latencia en la comunicación
Costo de almacenamiento y otros
Estabilidad de transferencia
MovilidadAnálisis de Datos Masivos y la Mejora Continua
Disponibilidad Calidad Desempeño
Análisis de Análisis de propagación
Control Estadístico de Restricciones (adelante, atrás)
Proceso (SPC)
O EE
ToC
Flujo Trabajo
Re bili
va
SEIS SIGMA Estandarizado
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Lean
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Análisis de Causa
Ve
Análisis de
Efecto (FMEA) Causa Raíz
PDCA Cambios rápidos de
Excelencia modelo
Operacional
Mantenimiento de EHS
Equipo Costo de la
TPM o buena calidad
i e mp TQM
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Entrenamiento Mantenimiento M Costo de la
Autónomo mala calidad
Todas estas metodologías consumen datos:
• La fase de análisis de seis sigma se mejora con al adición de los datos masivos
• El control estadístico de proceso tiene datos en tiempo real sin intervención humana de más variables de equipo y proceso
• El entrenamiento de mantenimiento se basa en fallos históricos extraídos de los datos
• La seguridad se mejora con sensores para LOTO
• Se puede rastrear y cuantificar los costos de la mala calidad
• El trabajo estandarizado se puede mejorar con modelos de realidad aumentada construidos con datos de la operación
• El análisis de las restricciones del proceso se pueden simular gracias a los datos masivos
• Los cambios rápidos de modelo se optimizan con datos históricos masivos de fallos del equipo
• La visualización del OEE en tiempo real nos permite mejorar la productividad y la calidadCómo Funciona?
Diseño Acceso y Visualización
MODELOS
Realidad Aumentada es 3D
parte de la realidad ESTRUCTURA
Plataforma AR
extendida y es la DE LAS PARTES
sobreposición de SECUENCIAS
ANIMADAS
información digital sobre la o
realidad física DATOS NUBE SERVIDORES
ESCANEADOS EN SITIO
FOTOS Y
VIDEOS DISEÑO DE PUNTOS DE INTEGRACIÓN
INTERFACE DISPARO DE DATOS
(BLANCOS)APLICACIONES
• Instrucciones de trabajo para productos con múltiples
configuraciones
• Reducción de tiempos de entrenamiento Identificación de
Partes
• Mantenimiento virtual con guías y secuencia digital
• Asesorías remotas
Autoservicio por
SE
AL
RV
IC parte de los
CL IO
Instrucciones y Guias IEN clientes
TE
de trabaho en
Instrucciones
de Ensamble
Familiarización con el
producto y Entrenamiento
Entrenamiento especifico a la
operación de
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M
NT ensamble
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VISUALIZACIÓN DE AD
O
PRODUCTO TE
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ARobótica Avanzada
• Robots más adaptables usaran nuevos materiales
para entrar en nuevos mercados y ambientes de
PROGRESO EN LA ROBÓTICA
manufactura más complejos
• Computación (Ley de Moore)
• Sensores mas pequeños y de • Robots más seguros permitirán mayor colaboración
bajo costo y extenderán las habilidades humanas
• Movimiento de “Open Source”
• Manufactura y materiales • Autonomía permitirá a los robots hacer más cosas
sin intervención humana
• Adaptables
• Suaves, mas seguros, sociales
• Autónomos
ROBOTS
TIEMPO COLABORATIVOS AUTÓNOMOS EXO ESQUELETOSRobótica Colaborativa
• Comparte el espacio de
manufactura con los humanos
• Efectivos para tiempos de ciclo
menores a 10 Segundos
Alta flexibilidad con Alta productividad con Alta flexibilidad con alta • No requieren extra medidas de
productividad limitada flexibilidad limitada productividad seguridad
• Son portables
Productividad
• Se puede entrenar sin
programación
Area sin
Barrera Física barreras
Tiempo
humano Hibrido separado Colaborativo
Cortesía del Libro Manufactura Inteligente –Oliver Perez, 2020Robótica Autónoma
• Van de punto A a punto B sin
intervención humana
• Pueden evadir obstáculos
• Pueden compartir el espacio con
otros robots y trabajar en equipo
de manera inteligente
• Van a su estación de carga cuando
lo necesitan
• Pueden ser llamados por los
humanos desde cualquier sistema
informático
Cortesía del Libro Manufactura Inteligente –Oliver Perez, 2020Robótica de exo esqueletos
• Existen antropomórficos (Simulan los
movimientos y articulaciones
humanas) y no antro mórficos.
• Mejoran la postura de operaciones
• Facilitan el manejo de cargas
• Pueden fortalecer hombres, brazos,
piernas y columna para distintas
operaciones
• Reducen la fatiga y previenen
problemas ergonómicos
• Mejoran la seguridad de los
empleados
Cortesía del Libro Manufactura Inteligente –Oliver Perez, 2020Inteligencia Artificial en la Manufactura
• Aumenta las habilidades humanas
• Mejora la exactitud de nuestras predicciones
• Resuelve problemas complejos de manera más
rápida
• Mejora la calidad del producto y el servicio
• Mejora la productividad
• Disminuye el costo total de producto y servicio
• Expande el rango de lo posible!
RECOMENDACIONES
• Utilice IA para la manufactura, los productos y los
servicios
• Utilice lo mejor de los humanos +IA + Lo Mejores
estándares
• Utilice plataformas ya desarrolladas para la
manufactura
• Sea proactivo en la seguridad de sus datos, la
ética.
• Utilice herramientas gratuitas para probar sus
conceptos tales como Rstdio, TensorFlow, Python,
Cafe
Panorama de la Inteligencia Artificial en 2016 cortesía de Shivon ZilisEjemplos de Inteligencia Artificial en la Manufactura
Mantenimiento Predictivo Optimización de Proceso
Inspección de Calidad
Análisis de la Demanda
Cortesía del Libro Manufactura Inteligente –Oliver Perez, 2020Manufactura Aditiva
• Ocho Diferente Tecnologías basadas en el tipo de material que
manejan y el proceso de adición de ese material
• El proceso inicia con un archivo 3D o Solido que es transformado
en polígonos y rebanado (en capas) y finalmente convertido a
un código que las maquinas de impresión interpretan.
• Libera la complejidad del diseño
Aplicaciones: 1) Prototipado rápido disminuyendo los
tiempos de desarrollo ; 2) Producción de bajo volumen 3)
partes de reparación 4) fixturas y ayudas para la
manufactura; 5) Partes para entrenamiento
Archivo 3D Rebanado y Impresión 3D Objeto 3D
STLàGcode impresoCiber Seguridad
• La ciberseguridad abarca la protección de información, sistemas, procesos y el negocio en general; debe de ser un recurso prioritario dentro
de las organizaciones.
DDoS liminar la posibilidad de que un hacker sobresature un
Honey Pot Desviar ataques cibernéticos del objetivo. servidor web aumentando desproporcionadamente el trafico
haciéndolo inoperable.
Trojan spyware Ramsomware DDoS
Poses as a trusted program or Collects user data on an infected Uses encryption to block Overloads a web server with
application. system user’s access to files. unwanted traffic.Herramientas de Diagnostico para Industria 4.0 en Manufactura
• McKenzie • El objetivo es identificar las áreas de oportunidad
• Deloitte • Alinear las oportunidades con la estrategia de negocio
• Empatar las oportunidades con las herramientas tecnológicas correctas
• PTC • Crear expectación y encontrar el liderazgo para tener éxito sobre todo
• Singapore Government en las primeras etapas
• Plataine • Comunicar correctamente a todos los niveles
• Acatech maturity index • Ejecutar en líneas de bajo riesgo, probar el concepto y después se hace
• Chihuahua Futura un despliegue global
Cortesía del Libro Manufactura 4.0–Oliver Perez, 2019Porque necesitamos Ind 4.0 en Mexico y LATAM?
• No Podemos seguir llegando tarde a la fiesta de la
productividad
• Porque geográficamente tenemos una ventaja
competitive con respecto a Asia
• Porque tenemos una infraestructura de Manufactura
instalada
• Porque tenemos una tradición de Manufactura
Esbelta engranada
• Porque nuestra Ingeniería es fuerte y necesita ser de
avanzada
• Por ser proveedores de empresas OEM
• Porque lo necesitamos y no lo merecemosChihuahua Futura
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Dr. Oliver Pérez.
perez.oliver.po@gmail.comTambién puede leer
