Ante demanda de los consumidores de productos personalizados, los fabricantes están en busca de tecnologías que les permitan pasar económicamente de producción en masa a fabricación por lotes.
Es una experiencia que los expertos llaman "efecto Amazon", en la que los consumidores esperan comprar comodidad, visibilidad y accesibilidad en cada paso del proceso. Los minoristas y los restaurantes están cumpliendo con esas expectativas. Hoy, los fabricantes de industrias de alto volumen como las de bienes de consumo empacados, alimentos y bebidas y productos farmacéuticos están sintiendo la presión de satisfacer también estas nuevas necesidades de los consumidores.
"Se conoce como el mercado de la demanda", dice John Kowal, director de desarrollo de negocio de B&R Industrial Automation. "El consumidor quiere lo que quiere, cuando lo quiere."
Aunque este mercado impulsado por la demanda puede parecer muy fuera del alcance de los fabricantes que utilizan sistemas para producir productos en masa, en realidad representa una gran oportunidad. Invertir en nuevas tecnologías y modelos de negocio que atiendan directamente al cliente puede reducir el inventario y los tiempos de cumplimiento de pedidos, al tiempo que reduce significativamente la cadena de suministro.
El proceso de fabricación para el mercado de la demanda se denomina de muchas maneras diferentes: fabricación flexible, máquinas adaptables y lote de uno. Pero el objetivo es el mismo. "La idea es que se puede producir económicamente un producto", dice Kowal. "Ya sea personalizado para un individuo o para una de muchas opciones, se produce por encargo".
Imagine una línea de llenado que pueda mezclar y combinar recetas de bebidas creadas sobre pedidos individuales. Estas bebidas personalizadas fluyen por el sistema de transporte de embotellado para ser colocadas en diferentes tamaños de botellas, con tapas y envases personalizados que corresponden a recetas impresas individualmente y a un seguimiento individual. El lote de uno podría pasar a un multiempaque antes de dirigirse a la encajadora. En resumen: un llenado justo a tiempo de pequeños lotes ejecutados en rápida sucesión, sin cambio de equipos, colocados en palets mixtos directamente en la línea y listos para su envío, sin necesidad de desplazarse al almacén.
No hay que imaginárselo, porque Krones, un fabricante de equipos originales que desarrolla máquinas y líneas completas para el proceso, el llenado y el empaque, presentó en la feria drinktec 2017 un sistema de embotellado bajo demanda. La configuración del sistema de Krones se basa en la técnica de B&R Acopostrak, que se demostró oficialmente el pasado mes de septiembre en la feria International Manufacturing Technology (IMTS) de Chicago.
Acopostrak de B&R proporciona flujos de productos mezclados y combinados en un envase personalizado
Según B&R, Acopostrak representa un salto generacional en sistemas de transporte inteligentes y flexibles. Incluye desviadores de alta velocidad y pasa lanzaderas de un circuito de vía a otro a plena velocidad de producción. Las lanzaderas intercambiables en caliente se encuentran en un soporte exclusivamente magnético y se adaptan a los carriles para el cambio y el servicio, lo que permite que no haya tiempo de inactividad. El diseño de vía flexible se puede transformar en cualquier forma, y el software del sistema permite fusionar flujos de producto y clasificar a plena velocidad de producción, utilizando procesamiento paralelo y balanceo de carga. Acopostrak también incluye software de simulación, proporcionando un par digital que permite la optimización del diseño.
"La digitalización es un elemento importante del sistema", comenta Andreas Gschrey, director de digitalización y técnica de datos de Krones, en un video realizado en la feria drinktec. "Acopostrak nos permite hacer posible el tamaño de lote de uno", dice. "Se trata de utilizar una pista electromagnética que lleva la botella de un módulo a otro, de modo que esta se vuelve inteligente y se controla a sí misma a través de toda la línea de fabricación". Aunque las botellas en sí mismas no están integradas con inteligencia, el diseño de control flexible del sistema de transporte permite el movimiento de cada unidad individual, personalizando así el control de cada botella.
Como resultado de tecnologías nuevas como la Acopostrak, la industria manufacturera finalmente está llegando a un lugar donde puede producir —y beneficiarse — de los lotes de uno. Y esto es el resultado no solo de la sofisticación de la lógica de automatización y control, sino también de la evolución de toda la infraestructura de la planta de producción.
El mundo —o al menos la fábrica— es plano
La fábrica digital es un enorme facilitador para pasar de la fabricación para inventario a la fabricación bajo demanda. Como resultado de la penetración de las redes Ethernet estándar en la línea de producción, así como de la Internet Industrial de las Cosas (IIoT) y de los dispositivos inteligentes, existe ahora un alto nivel de conectividad.
La red, en particular, es clave. El lote uno exige una estrecha integración entre los activos de fabricación y los de gestión empresarial, lo que a su vez requiere un alto nivel de interoperabilidad. Las redes sensibles al tiempo (TSN en inglés) son uno de los estándares emergente que proporciona los datos y los parámetros de comunicación para conectar estos activos en un entorno de múltiples proveedores.
"Esto va de la mano con lo que hemos hecho para aplanar la jerarquía de la red, lo que ha estado sucediendo desde 2009 en la propia fábrica inteligente de B&R". Kowal dice. El objetivo ha sido llegar a una red Ethernet que elimine capas y protocolos múltiples para que exista comunicación directa e interoperabilidad desde el borde a la nube.
"La convergencia entre TI y TO es otra pieza crítica del proceso, al igual que la seguridad de la red", dice Steve Mulder, líder norteamericano del segmento de empaque de Rockwell Automation. "Todos juegan un papel. Y el software que se sitúa en la parte superior para permitir que la fabricación sea más eficaz es lo que se necesita para proporcionar una mejor visibilidad de lo que está ocurriendo en la planta de producción. La convergencia de toda esta tecnología está ayudando a la manufactura a llevar las operaciones a un nuevo nivel".
La máquina flexible de Rockwell cuenta con la forma de tecnología de carro independiente, en la que la compañía ha estado invirtiendo fuertemente, luego de haber adquirido recientemente Jacobs Automation y su tecnología iTrak, un sistema de control de movimiento para constructores de máquinas, así como la adquisición más reciente de MagneMotion, un fabricante de sistemas de transporte inteligentes. La tecnología iTrak permite el control independiente de múltiples motores de propulsión magnética en trayectorias rectas y curvas. MagneMotion aumenta las ofertas de control de movimiento flexibles de Rockwell para aumentar el rendimiento en los procesos.
La tecnología de carrito independiente iTrak de Rockwell permite el control de múltiples motores impulsados magnéticamente
La tecnología de carros independientes es diferente de la tecnología de transporte tradicional, que utiliza una correa fija controlada por un servomotor. Con iTrak y MagneMotion, se tienen motores síncronos lineales y cada parte es controlada independientemente. La arquitectura de control es un controlador de nodo separado en Ethernet que envía comandos desde el controlador ControlLogix de Rockwell, ejecutando las matemáticas para manejar todas las direcciones y asegurar que nada choque, así como para suprimir los productos rechazados.
Un elemento tecnológico clave es IO-Link, un protocolo de red estándar abierto para la comunicación de sensores, actuadores y otros dispositivos habilitados para IO-Link. "Lo que antes era un simple sensor, como un ojo fotográfico, que nos proporcionaba información limitada, ahora puede configurarse automáticamente en una red simple", dice Mulder. "De manera que si es necesario cambiar los sensores basados en el tamaño de un producto o paquete, estos pueden ajustarse con mayor rapidez."
Los componentes también se están volviendo más inteligentes.Motion Terminal de Festo, por ejemplo, es un sistema neumático Industria 4.0 que incluye procesadores programables integrados y tecnología de actuadores inteligentes que descentraliza la inteligencia. "Se trata de un sistema de control de bucle cerrado que puede ajustarse por sí solo", comenta Sandro Quintero, jefe de producto de Festo para terminales de válvulas y electrónica. "Estos componentes más inteligentes responden a la necesidad de más flexibilidad en las máquinas, para proporcionar el lote de uno".
Acopostrak de B&R es un sistema de transporte flexible que puede dividir y fusionar flujos de productos
Esto ayuda a los fabricantes de maquinaria, que, al igual que los productores de bienes, se enfrentan al reto de encontrar componentes que brinden flexibilidad. "Si hay necesidad de cambiar una herramienta en un sistema de recogida y colocación, con Motion Terminal solo hay que cambiar la herramienta de final de brazo y digitalmente, sobre la marcha, el comportamiento de la válvula para aplicar pinzas en lugar de ventosas se logra en milisegundos", explica Quintero.
Lotes de uno para las ciencias de la vida
Aunque hay mucho énfasis en el lote uno para la industria de alimentos y bebidas, las compañías farmacéuticas deben enfrentar sus propias presiones de mercado —específicamente, el paso de la fabricación de cantidades masivas de medicamentos de gran éxito a la producción de lotes más pequeños, como los usados en tratamientos de terapia celular. Estos medicamentos más personalizados tienen en cuenta que la genética es un factor que influye en la respuesta de un individuo a un medicamento en particular.
El motor aquí es la ciencia pura y la necesidad de una medicina personalizada. La terapia celular podría proporcionar una cura para el cáncer de una persona, por ejemplo, y el lote de uno permite a la compañía farmacéutica fabricar ese medicamento de manera económica. La motivación para la industria aquí "es encontrar una manera de proporcionar una cura para el cáncer y otras condiciones de salud complejas", dice Michalle Adkins, director de consultoría en ciencias de la vida para el grupo de sistemas de procesos y soluciones de Emerson. "Si se puede hacer eso con el enfoque de lote de uno, vale la pena".
En esta situación, los datos —y la privacidad del paciente— son una parte importante del proceso de fabricación.
"Emerson trabajó con algunas de las compañías [farmacéuticas] para definir los desafíos en torno al seguimiento de la cadena de identidad de cada lote", dice Adkins. Necesitaban hacer un seguimiento de los registros de lotes individuales desde las primeras etapas de desarrollo hasta los ensayos clínicos, la fabricación y el paciente. "Llevar el lote correcto al paciente correcto y asegurarnos de que los procesos correctos se realicen en el lugar correcto y en el lote correcto: este es el tipo de cosas que hemos hecho para ayudar".
El software del sistema de ejecución de fabricación (MES) de Emerson, llamado Syncade, guía los lotes a través del flujo de trabajo electrónico y la verificación de materiales, personas y equipos, asegurándose de que todo se haga en el orden correcto con los cálculos apropiados y que esté documentado adecuadamente.
La clave del lote de uno en alimentos o productos farmacéuticos está en tener una línea digital, señala Ryan Jarvis, director de mercados de alimentos, bebidas y CPG de Siemens. Es decir, "ser capaz de capturar datos en todos los puntos del desarrollo y del proceso de ejecución para cerrar continuamente el círculo entre uno y otro", explica. "Siemens lo hace posible a través de la ejecución de nuestra Digital Enterprise, en la que, además de simular una nueva receta y una nueva ejecución de producción, el fabricante también puede crear una cadena digital de datos desde la concepción del producto hasta la producción y hasta las manos del consumidor, con retroalimentación en bucle cerrado hasta el principio".
Un nuevo territorio
Por supuesto, esta tecnología tendrá un costo. Para tener éxito en el mundo impulsado por la demanda de los consumidores, los fabricantes necesitan invertir en nuevos equipos.
"Todo el mundo quiere hablar de reconstruir, pero si es así [sin nuevas inversiones], no sucederá", dice Kowal de B&R. "Si se quiere ser competitivo, hay que invertir en la fabricación. Los controles de los equipos de veinte años de antigüedad no fueron diseñados para hacer lo que hacen hoy en día. Así que incluso si se hace el análisis y se optimiza el proceso, solo se estará optimizando dentro de la capacidad de la antigua plataforma de control".
Jarvis de Siemens está de acuerdo. "El retorno sobre la inversión de conceptos como el lote de uno no siempre puede ser medido usando las métricas de ayer, sino en el alcance de las metas de mañana".
