Con el prototipo Virtual se atiende uno de los principales puntos de la digitalización: la información del producto (el modelo digital) es enriquecido según atraviesa la cadena de valor de la empresa: desde el proceso de venta hasta la puesta en servicio en cliente.
IIOT, digitalización, digital twin, prototipo virtual, industria conectada … ¿me estoy perdiendo algo?, ¿hay alguna oportunidad de incrementar mi diferencial competitivo que no alcanzo a considerar?, ¿sobre qué base puedo construir una toma de decisión a este respecto? Estas, entre otras muchas, son las preguntas que estamos recibiendo de nuestros clientes en los últimos años.
Para ayudar a que nuestros clientes se puedan contestar a sí mismos, y desde un contexto práctico, hemos elegido un sector de mercado concreto: fabricación de cuadro eléctrico y un aspecto especifico de la digitalización: el Prototipo Virtual. Los datos, análisis y conclusiones que se aportan parten de un caso de estudio realizado sobre una muestra transversal de fabricantes de cuadro eléctrico.
¿Cuál es el objetivo de la digitalización del cuadro eléctrico?
Para acotar la explicación, limitamos el análisis a dos aportaciones fundamentales del prototipo virtual, muy relacionados con el tema que nos ocupa:
- Que dicho prototipo virtual suministre a las máquinas de fabricación (CNC para mecanizado de placa de montaje, preparación del cableado, PLCs, etc) la información necearía en su correspondiente formato nativo para que dichas maquinas puedan realizar su tarea.
- ¿Qué papel juega la tecnología en conseguir instituciones/ciudades/industrias/centros de datos más eficientes energéticamente hablando?, ¿Cuáles considera son las tendencias de más relevancia en este ámbito?
¿Podemos identificar los puntos con mayor potencial de mejora para la aplicación del Prototipo Virtual?
Para identificar aquellos aspectos de la fabricación en los que habrán de enfocarse los esfuerzos de optimización, hemos realizado un análisis de la fabricación del cuadro eléctrico desde dos perspectivas: Cuantitativa y cualitativa.
Abordaremos primero el análisis cuantitativo. Para ello se ha medido el tiempo que cada fase necesita sobre el tiempo total. Estos son los resultados:
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Casi el 75% del tiempo total se dedica a las fases ensamblaje mecánico y cableado (que incluye el montaje de componentes eléctricos). Es aquí donde cabe suponer encontrar el mayor potencial de optimización.
En las fases anteriores y posteriores, que alcanzan un 25% del tiempo total, no cabe esperar grandes mejoras.
¿Qué impacto tienen los procesos actuales de diseño y fabricación?
Este análisis pretende determinar el impacto que tiene los métodos actuales de diseño y fabricación del cuadro eléctrico.
La fase más importante en la fabricación eléctrico es la de Cableado, necesitando una 49% del tiempo total de fabricación. De la muestra seleccionada, el 90% de las empresas consultadas realizan el cableado del armario eléctrico empleando los esquemas eléctricos desarrollados en la fase de diseño.
Consideraciones:
- El esquema eléctrico no suele proporcionar toda la información necesaria para el cableado: longitud del cable, tipo de puntas, ruteado, etc. Esta información o bien se suministra aparte o bien se decide durante el mismo proceso de fabricación.
- Componentes que en el cuadro eléctrico van colocados secuencialmente, uno al lado del otro, en el esquema eléctrico no tienen que estar obligatoriamente representados ni siquiera en la misma página. El técnico deberá navegar a través de las páginas para encontrar origen y destino de un cable.
Un técnico necesita una media de 67 segundos para localizar los dos componentes que ha de cablear, es decir, su posición tanto en los esquemas como en el propio cuadro eléctrico. Además, necesita una media de 42 segundos para determinar el ruteado y realizar el conexionado del cableado. Si a esto añadimos que la preparación del cable: cortado, empuntado y etiquetado necesita una media de 157 segundos, obtenemos el siguiente resultado:
“Realizando el proceso de cableado leyendo la información del esquema eléctrico, se necesitan carca de 4 minuto y medio por cable”
¿Qué puede aportar el prototipo Virtual?
El resultado más directo es que con el Prototipo Virtual, la tarea de proporcionar documentación de fabricación pasa a ser una acción trivial.
En el caso del cableado de componentes, el prototipo virtual suministra la lista de la lista de cableado completa. Además de origen y destino, incluye longitud, camino de ruteado, sección, color y terminación de las puntas entre otras informaciones. Como consecuencia directa se obtienen reducciones del 32% del tiempo empleado en el cableado del cuadro. Esto se traduce en un ahorro de 35 segundos por cada cable, que se corresponde con una ganancia de un 13% en esta fase. Como consecuencia podemos afirmar que:
“Realizando el proceso de cableado leyendo la información desde listado de cableado completo, se necesitan menos de 4 minutos por cable”
Otro aspecto adicional, ya comentado, es que el Prototipo Virtual puede conectarse con centros de cableado que automatizan la preparación de los cables para su posterior montaje. Recordemos que, como ya se comentó previamente, el Prototipo Virtual puede suministrar la información necesaria a las máquinas de fabricación en su lenguaje nativo (no será necesaria interface alguna). En este caso la optimización es realmente notable, puesto que la preparación del cableado, para su posterior montaje, pasa a ser una tarea automatizada y paralela al proceso global de fabricación del cuadro. En este caso la ganancia son los 157 segundos necesarios, lo que aporta una ganancia adicional de un 60%. En este caso, se concluye que:
“Realizando el proceso de cableado leyendo la información desde listado de cableado completo, y prefabricando los cables mediante un centro de cableado automático, se necesitan menos de 2 minutos por cable”
Ya tenemos una conclusión: de los 4 minutos y medio iniciales a los menos dos minutos finales, hemos conseguido recudir esta fase nada menos que un 60%.
¿Qué puede aportaciones adicionales puede incorporar el prototipo Virtual?
Una vez realizado un primer análisis cuantitativo, entramos a valorar las aportaciones cualitativas que proporciona el prototipo virtual.
Las valoraciones iniciales sobre el estado actual de los procesos de diseño y fabricación del cuadro eléctrico no incluye ningún ratio de no-calidades o rechazos. Debido a errores en los esquemas eléctricos no detectados en tiempo de diseño: dimensionamiento incorrecto de las canaletas (por espacio o por disipación de temperatura), colisiones entre componentes, dimensionamiento de regletearos, posición incorrecta de elementos que bloquean el flujo de refrigeración del armario etc. se puede producir un impacto en el tiempo global de esta fase.
El Prototipo Virtual asiste al diseñador para que dichos errores sean bien evitados o bien diagnosticados y solucionados en tiempo de diseño. Por lo tanto, no se produciría ningún impacto en tiempo de fabricación.
Por otra parte, el prototipo virtual, al proporcionar la información de fabricación completa, como hemos visto en el caso de la lista de cableado, hace innecesaria la interpretación de esquemas eléctricos para el montaje del cuadro eléctrico. Debido a ello no se necesitan técnicos altamente cualificados para las tareas de cableado. Este aspecto es crítico a la hora de afrontar necesidades de mano de obra adicional para atender los picos de producción.
¿Qué conclusiones podemos extraer?
No es necesario volver a comentar las conclusiones cuantitativas y cualitativas que ya hemos mostrado en este pequeño análisis. Si es interesante comentar la aportación del Prototipo Virtual a la digitalización del proceso productivo.
Es por ello que su impacto va más allá de una etapa de fabricación concreta, como aquí hemos analizado, impactando en el resto de procesos de la organización más allá de la fabricación. Para ampliar esta visión, Próximamente trataremos el proceso de diseño de producto.
Director Técnico de Eplan
