Flexible y productivo – Los sistemas de producción en matriz preparan las fábricas para el futuro

Página de título de la producción de Matrix

¿Cómo pueden los fabricantes responder más rápidamente a las crisis globales, hacer frente a las interrupciones en el suministro y al mismo tiempo atender las demandas individuales de los clientes? En nombre de acatech, investigadores del Fraunhofer han analizado en qué medida los sistemas de producción matriciales ciberfísicos pueden ayudar a las empresas a afrontar estos desafíos.

Se ha solicitado una flexibilidad que rara vez se ha exigido: interrupciones en las cadenas de suministro debido a crisis y guerras, cancelaciones o cambios de pedidos a corto plazo, una tendencia hacia lotes de pedido cada vez más pequeños y una creciente personalización de los productos forman hoy parte de la rutina de muchas empresas manufactureras. Al mismo tiempo, las empresas deben aumentar su productividad para poder competir a nivel global. Los nuevos conceptos de fabricación flexibles pueden ayudar en esto. Los equipos de investigación del Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización IPA y del Instituto Fraunhofer para Máquinas Herramienta y Tecnología de Conformado IWU llegan a esta conclusión. Fraunhofer IPA e IWU han elaborado conjuntamente, en nombre de la Academia Alemana de Ciencias y Humanidades acatech, un informe sobre la implementación de sistemas de producción matriciales ciberfísicos.

El término matriz proviene originalmente de las matemáticas y describe una disposición rectangular de objetos en filas y columnas. Los técnicos de producción entienden por matriz una disposición en forma de tablero de ajedrez de módulos de fabricación: por ejemplo, almacenes de bienes, máquinas de producción y sistemas de transporte trabajan de forma independiente entre sí. Sin embargo, están conectados ciberfísicamente: en el espacio virtual existe un Gemelo Digital que representa los procesos de producción y los módulos de fabricación. A través de él, se pueden optimizar los flujos de materiales y la utilización de las máquinas. Con los resultados, se controlan luego los módulos físicos reales.

Sistemas de producción matriciales en uso: ¿Se vuelve la fabricación más flexible y al mismo tiempo más productiva?

Los sistemas de producción matriciales ciberfísicos son considerados por los expertos como clave para una fabricación que sea tanto flexible como productiva, ayudando a las empresas a aumentar su resiliencia y a mantenerse en tiempos turbulentos. »Los sistemas de producción matriciales ciberfísicos ofrecen una respuesta a los cambios del mercado, como la disminución de las unidades, la mayor variedad de variantes y la mala previsibilidad de las necesidades de los clientes«, explica Thomas Bauernhansl, miembro del consejo de investigación de la plataforma Industria 4.0 y director del Instituto Fraunhofer IPA.

Que los ingenieros y tecnólogos estén particularmente interesados en la flexibilidad y la productividad tiene una buena razón. Hasta ahora, estas dos dimensiones se consideran polos opuestos en la producción: la fabricación clásica en taller, donde las piezas, por ejemplo, chapas, se trabajan de forma progresiva con diferentes herramientas, es poco automatizada, muy flexible, pero al menos ineficiente a partir de ciertos volúmenes. La producción en línea altamente automatizada, en cambio, gracias a su encadenamiento rígido, es muy productiva, pero inflexible — si falta una pieza, la línea se detiene.

¿Pueden los sistemas de producción matriciales ciberfísicos hacer que la fabricación en taller sea más productiva y que la producción en línea sea más flexible? Para responder a esta pregunta, los equipos del Fraunhofer entrevistaron a 28 empresas, recopilaron resultados y los analizaron. »Nuestro objetivo era investigar el estado de la técnica y determinar en qué medida los nuevos sistemas ya se utilizan en la práctica y realmente aumentan la flexibilidad y la productividad«, explica Petra Foith-Förster, jefa del estudio en el Fraunhofer IPA.

Las grandes empresas utilizan sistemas de producción matriciales — Faltan soluciones integrales para las pymes

»Sobre todo, las grandes empresas, pero también las medianas de mayor tamaño, ya utilizan sistemas de producción matriciales«, informa el Dr. Arvid Hellmich, quien dirigió el estudio en el Fraunhofer IWU. La industria de semiconductores es pionera en la introducción de estos nuevos sistemas, pero también los fabricantes más grandes de automóviles o dispositivos electrónicos emplean estructuras modulares que están digitalmente optimizadas y controladas. »Nos alegró saber que las tecnologías en muchas de las empresas que utilizan sistemas de producción matriciales ya tienen un alto grado de madurez«, destaca el investigador.

Para evaluar el grado de madurez de los sistemas de producción matriciales ciberfísicos, los ingenieros elaboraron un catálogo de criterios. Entre estos se incluyen la estructura modular de las unidades de producción, el grado de implementación de un Gemelo Digital, el uso de sistemas de transporte automatizados y la capacidad de reconfiguración del proceso, que permite una rápida adaptación de la producción a las demandas cambiantes del mercado.

»El resultado del informe muestra que los sistemas de producción matriciales permiten una producción económica ante demandas de mercado desafiantes y que empresas con diferentes procesos productivos de distintos sectores ya los implementan parcial o totalmente«, resume Hellmich.

Lo que aún falta son soluciones integrales listas para el mercado: »Nos sorprendió que, aunque se ofrecen soluciones individuales para sistemas de producción matriciales, no existan paquetes completos que incluyan tecnología de plantas y automatización de procesos«, destaca Foith-Förster. »Las empresas que ya trabajan con estos sistemas modulares los han desarrollado por sí mismas. Las pequeñas y medianas empresas que no pueden permitirse un desarrollo tecnológico propio están en desventaja. Aquí es urgente mejorar la conexión entre los proveedores de tecnología y los clientes potenciales.«