¿Cómo está transformando la IA la tecnología de fabricación mecánica?

La automatización en la industria manufacturera

La convergencia de la microelectrónica, la informática y la automatización ha acelerado la automatización de la fabricación en tres ámbitos principales: la tecnología de fabricación, los procesos individuales y los sistemas de fabricación completos.

Automatización de la tecnología de fabricación

Las tecnologías informáticas y de redes dan soporte al diseño asistido por ordenador (CAD), la planificación de procesos asistida por ordenador (CAPP), la ingeniería asistida por ordenador (CAE), la fabricación asistida por ordenador (CAM), la gestión de datos de productos (PDM), los sistemas de información de gestión (MIS) y la planificación de recursos empresariales (ERP). En conjunto, estos sistemas agilizan y hacen más eficiente la creación y el procesamiento de la información de fabricación.

Automatización de los procesos de fabricación

Los circuitos integrados, los controladores lógicos programables (PLC) y los ordenadores automatizan máquinas individuales, líneas de producción y sistemas completos. Los nuevos sensores, los ensayos no destructivos, las inspecciones físicas y químicas, la informática y la microelectrónica miden y supervisan en tiempo real la temperatura, la presión, el desplazamiento, la tensión, la deformación, la vibración y otras variables del proceso. Su integración permite la medición electrónica y digital durante el proceso, los ensayos informatizados, el control de procesos en bucle cerrado y el control adaptativo.

Automatización de los sistemas de fabricación

La tecnología CNC, los robots, la manipulación y el almacenamiento automatizados, así como las células automatizadas, han hecho que la fabricación pase de máquinas individuales a sistemas completos, de una automatización rígida a una flexible, y de arquitecturas simples a complejas. La jerarquía resultante incluye máquinas CNC, centros de mecanizado (MC), células de fabricación flexibles (FMC), sistemas de fabricación flexibles (FMS) y líneas de fabricación flexibles (FML), que convergen en última instancia en sistemas de fabricación integrados por ordenador (CIMS) y sistemas de fabricación inteligentes (IMS).

Estas tecnologías mejoran la productividad, la calidad, la flexibilidad y la capacidad de adaptación a la variedad de productos. Su desarrollo continuo está haciendo que la fabricación sea más inteligente, esté más conectada y sea más integrada.

Tecnología informática y fabricación flexible

La fabricación se rige por la demanda del mercado. A medida que los clientes buscan productos más variados y personalizados, la producción en masa tradicional resulta cada vez menos adecuada. La fabricación flexible se desarrolló para automatizar la producción eficiente y de alta calidad de múltiples productos en lotes pequeños y medianos a un coste razonable.

Producción de productos mixtos en lotes pequeños y medianos

Un sistema flexible puede adaptarse rápidamente a diferentes productos, satisfaciendo así una demanda variada y reduciendo al mismo tiempo los residuos asociados a la producción de un único producto.

Mayor aprovechamiento de la maquinaria y menores costes

La automatización permite utilizar de forma eficiente las máquinas y otros equipos y acorta el tiempo auxiliar no productivo, lo que reduce los costes de producción.

Plazos de entrega más cortos y menor nivel de existencias

Los procesos automatizados y optimizados acortan los ciclos de producción. Una planificación flexible reduce las existencias, libera capital circulante y mejora la capacidad de respuesta ante el mercado.

Mayor automatización y un mejor entorno de trabajo

La automatización reduce la intensidad del trabajo, estabiliza la calidad gracias a operaciones precisas y repetibles, reduce la intervención manual y disminuye los riesgos en el lugar de trabajo.

Integración del diseño y la fabricación

CAD/CAM, la fabricación flexible, la fabricación integrada por ordenador, la ingeniería simultánea (CE) y la creación rápida de prototipos (RP) están difuminando la frontera tradicional entre el diseño y la producción.

1. CAD/CAM

CAD/CAM vincula directamente el diseño con la fabricación. Los ingenieros crean y revisan los productos en un entorno virtual, y los datos resultantes sirven de guía para la producción. Esto acorta el proceso desde el diseño hasta la fabricación y reduce los errores y las repeticiones de trabajo.

2. FMS y CIMS

Los sistemas flexibles e integrados con ordenadores conectan el mecanizado, la inspección, la logística y el montaje mediante la automatización y las tecnologías de la información. Un FMS utiliza robots, máquinas CNC y equipos relacionados para lograr una producción flexible. Un CIMS incorpora tecnologías de la información y de gestión para integrar toda la empresa.

3. Ingeniería simultánea

La ingeniería simultánea organiza el diseño, la fabricación y las pruebas de tal forma que el trabajo se lleva a cabo en paralelo, en lugar de seguir una secuencia estricta, lo que reduce el tiempo de desarrollo del producto y acelera su lanzamiento al mercado.

4. Prototipado rápido

La creación rápida de prototipos permite construir modelos físicos mediante la adición de material, lo que permite a los diseñadores evaluar y probar un concepto con rapidez. Los procesos avanzados no tradicionales, como el corte por láser y el mecanizado electroquímico, también difuminan la frontera entre el procesamiento en frío convencional y el térmico. La inspección, la logística y el montaje se integran cada vez más en un único sistema de información automatizado.

Mecanizado de ultraprecisión y ultrarrápido

El mecanizado de ultraprecisión ha alcanzado la escala nanométrica, lo que permite fabricar componentes ópticos de alta precisión, sistemas microelectromecánicos (MEMS) y dispositivos semiconductores.

1. El mecanizado de precisión está evolucionando hacia fuentes de energía de longitudes de onda más cortas, pasando del infrarrojo a la luz visible y, posteriormente, al ultravioleta y a los rayos X. Las longitudes de onda más cortas permiten obtener mayor energía y un mecanizado más preciso. Además, las máquinas de ultraprecisión se están volviendo multifuncionales y modulares.
2. La gama de materiales se ha ampliado, pasando de los metales a la cerámica, los plásticos y el vidrio. La cerámica ofrece resistencia al desgaste y estabilidad a altas temperaturas, mientras que los plásticos y el vidrio se utilizan en numerosas aplicaciones ópticas y electrónicas.
3. El corte a velocidad ultraalta mejora la eficiencia y la calidad al aumentar considerablemente la velocidad de corte. El corte de aleaciones de aluminio ha superado los 1.600 m/min, mientras que el de hierro fundido ha alcanzado unos 1.500 m/min. Este método permite mejorar el mecanizado de aleaciones y materiales compuestos difíciles de mecanizar, reducir el daño térmico y el desgaste de las herramientas, y mejorar la calidad de la superficie.

Modelos de producción avanzados

La fabricación avanzada integra la tecnología, las personas y la organización. Su valor total depende de la coordinación de estos tres elementos y de la combinación de los procesos de fabricación con las tecnologías de la información y la gestión moderna.

1. Producción flexible, «justo a tiempo» y «lean». Los sistemas flexibles permiten cambiar rápidamente de un producto a otro. La producción «justo a tiempo» (JIT) reduce el exceso de existencias y el desperdicio, mientras que la producción ajustada (LP) elimina el desperdicio mediante la mejora continua y la optimización de los procesos.
2. Fabricación ágil e ingeniería simultánea. La fabricación ágil hace hincapié en la rapidez de respuesta y la innovación. La ingeniería simultánea permite que el diseño, el análisis, la fabricación y las pruebas se lleven a cabo de forma paralela, lo que reduce el tiempo que transcurre desde la concepción del producto hasta su lanzamiento al mercado.
3. Fabricación distribuida en red (DNM). Internet y las tecnologías de la información conectan los recursos de fabricación de diferentes ubicaciones para facilitar el intercambio y la colaboración, mejorando así la eficiencia y la flexibilidad.

A medida que avanzan las tecnologías de la información y la globalización, estos modelos de producción ayudan a los fabricantes a mantener su competitividad gracias a un mayor nivel de automatización, inteligencia y conectividad.

Cómo está cambiando la IA la fabricación mecánica

La inteligencia artificial amplía la percepción y la capacidad de toma de decisiones humanas y es un factor clave para la fabricación inteligente. La fabricación inteligente aplica tecnologías de la información avanzadas y sistemas inteligentes para automatizar, optimizar y mejorar la producción.

1. Sistemas expertos. Los sistemas de planificación de procesos pueden generar rutas de mecanizado a partir de los requisitos de diseño y los recursos disponibles. Los sistemas de diseño ayudan a los ingenieros con recomendaciones y soluciones. Los sistemas de ensayo, control y diagnóstico supervisan los equipos, identifican los problemas que van surgiendo y garantizan la estabilidad del proceso y la calidad del producto.
2. CAD/CAM inteligente y robótica. El sistema integrado CAD/CAM garantiza un flujo continuo desde el diseño hasta la producción. Los robots inteligentes realizan tareas de montaje complejas y sustituyen a los trabajadores en entornos peligrosos o adversos.

El aprendizaje profundo, el procesamiento del lenguaje natural y el reconocimiento de imágenes se están aplicando actualmente en ámbitos que van desde el diseño de productos y la planificación de la producción hasta el control de calidad y el mantenimiento predictivo. La inteligencia artificial puede aumentar la productividad y la calidad, reducir los costes y la demanda de mano de obra, y hacer que la producción se adapte mejor a la demanda personalizada. Su desarrollo continuo hará que las fábricas inteligentes y la fabricación inteligente sean cada vez más habituales.