La manufactura definida-por-software es un nuevo y poderoso software que reescribe las reglas de la producción en masa. Aquí se incluye el uso de cad (diseño asistido por computadora) integrado a la producción, de robots, de manufactura aditiva. Estas capacidades son cada vez más reales y ahora con la integración de Inteligencia Artificial las posibilidades se multiplican.
Especial de Laszlo Beke
El efecto del software no se limita a las herramientas y a los procesos dentro de ellas, sino que las fábricas también están siendo incluidas en el software. Cómo ejemplo, el software Tecnomatix (una subsidiaria de Siemens) le permite a los diseñadores definir la disposición de toda la fábrica, de manera que la fabricación de los productos puede ser simulada en un ambiente virtual, como un gemelo digital, antes que la manufactura comience en su contraparte física.
La manufactura definida-por-software también tiene un impacto sobre algunos de los grandes retos comerciales que enfrentan las corporaciones, por cuanto facilita la transferencia de la fabricación a otras geografías y los retos políticos para aquellas empresas que se sienten cada vez menos cómodas dependiendo de la manufactura en China, La manufactura es un arma. Se le entregan los archivos de diseño a China y con ello se puede estar entregando el código fuente al enemigo.
El proceso de diseño y producción
Tomemos como ejemplo una versión simplificada de cómo se fabrica una herramienta eléctrica nueva. Digamos que un equipo de diseñadores ha desarrollado una nueva característica, por ejemplo una batería de mayor duración. Ellos desarrollan cada elemento del nuevo producto, desde el compartimiento de la batería hasta los circuitos, los cuales deben ser cambiados como consecuencia del nuevo diseño. Es un trabajo complejo, por cuanto un pequeño cambio a un componente puede tener un impacto mayor en otro, y más allá.
El diseño es entregado a las personas responsables por su manufactura, y este puede ser un tercero, frecuentemente en China. Los ingenieros, los diseñadores y el staff de producción intercambian información y se reúnen, retocando y ajustando constantemente de acuerdo a los éxitos y las fallas detectadas en los diferentes prototipos. Detalles pequeños, cómo un tornillo que no puede ser apretado en forma correcta, ya que es difícil de llegarle con un destornillador eléctrico, puede resultar en una vuelta a la mesa de diseño – la cual hoy en día es principalmente un programa de cad. Eventualmente todos los detalles serán resueltos y el nuevo producto estará listo para producción. Sin embargo, los detalles más sutiles estarán dentro de las mentes de los trabajadores que ensamblan los prototipos. Los seres humanos son increíblemente flexibles y frecuentemente encuentran soluciones alternativas no previstas.
Este proceso ha sido empleado por décadas, y por su naturaleza es incierto y desordenado. Los diseñadores no pueden predecir con algún grado de confianza las cosas que la fábrica podrá o no acomodar con facilidad. La consecuencia de esto, es que el equipo de diseño puede a propósito dejar algunos detalles un poco ambiguos y puede posponer o ignorar algunas ideas innovadoras por el temor a que le digan que no puede se hacer o que sería demasiado costoso. Todo esto cambia, cuándo el hardware es controlado por el software, en lugar de los humanos. Los diseñadores pueden fantasear y soñar con nuevos productos, con una certeza mucho mayor que estos sean fabricables. Esto se debe a que las restricciones en la línea de producción – incluso detalles tan pequeños como el posicionamiento de los tornillos – pueden ser codificados dentro de los programas de cad. Estos programas, están a su vez conectados con el software que controla las máquinas en la fábrica. Por ello, si un diseño funciona en la simulación digital, existe una buena posibilidad que también lo haga en la línea de producción.
Esta estrecha integración entre hardware de manufactura y el software cad ha representado un inmenso impulso en la manufactura de semiconductores, donde gigantescas máquinas graban circuitos en el silicio con un ancho de unos pocos nanómetros (una mil millonésima de un metro) de ancho. Diseñadores de chips en empresas como Apple, Nvidia o Qualcomm utilizan programas especializados, producidos principalmente por dos empresas (Cadence y Synopsys) para esbozar los circuitos. Los archivos de diseño son entonces enviados directamente a las fundiciones de silicio, como tsmc (en Taiwan) para la producción. Anteriormente, las personas estaban colocando los circuitos integrados a mano. En la fabricación de chips, el software que conecta diseñador y fabricante ha generado enormes eficiencias y economías de escala.
Manufactura-definida-por-Software
En una fábrica en el sur de Estados Unidos, Stanley Black & Decker está ensamblando taladros eléctricos inalámbricos:
– Mientras los taladros parcialmente terminados viajan sobre una cinta transportadora, un brazo robótico los fotografía y escanea buscando defectos.
– Otro robot enclava motores eléctricos dentro de la carcasa del taladro.
– Un tercer robot coloca y aprieta tornillos.
– Un solo software vigila y dirige toda la línea de producción, que puede producir 130 taladros cada hora bajo la supervisión de siete personas.
– Esta línea de ensamblaje sustituye a una en China que requería 40 trabajadores y que inusualmente llegaba a producír más de 100 taladros por hora.
Stanley Black & Decker todavía no ha aplicado sus herramientas de cad en el diseño de nuevos productos, pero la idea es que ello ocurra muy pronto: lo que Cadence y Synopsys hicieron para lo semiconductores esperan hacerlo para el diseño de sus productos.
En treinta años, las nuevas generaciones no podrán comprender que productos se ensamblaban a mano. La realidad es que no ha cambiado ni el diseño de los taladros eléctricos ni los pasos que se toman para fabricarlos. Más bien, se trata de como el código de software que ha sido copiado de los cerebros de los trabajadores de la fábrica china maneja las máquinas automáticas que realizan el trabajo que anteriormente se hacía principalmente en forma manual. Esta forma de trabajar se asemeja al modelo usado por el sector semiconductor, donde los chips son diseñados por software que directamente se conecta con el hardware automático que los fabrica. Muchas empresas está comenzando a emplear estos sistemas de manufactura-definida-por-software, los cuales prometen transformar la fábrica del futuro al permitir el diseño de productos más sofisticados y puestos en producción rápidamente. Todo ello promete ahorros de costos significativos.
Manufactura Aditiva – Impresión 3D
Algunas empresas ya han comenzado a diseñar sus productos utilizando manufactura aditiva. VulcanForms es una fundición, que trabaja con componentes metálicos en lugar de chips. Utiliza máquinas controladas por computadoras para focalizar 100.000 vatios de una luz laser sobre una cama de metal pulverizado. El polvo se derrite y se funde en patrones intricados, capa por capa, hasta que emerge un componente con dimensiones específicas, ajustado (a un ciento de un centímetro) a las especificaciones. Este puede ser una parte del motor de un dron militar, o una perfectamente formada artroplastia de cadera. Este tipo de fabricación aditiva es conocida como Impresión 3D. Las máquinas de VulcanForms pueden producir cualquier componente metálico con un diámetro de hasta medio metro.
VulcanForms utiliza software hecho por nTopology. Esto permite que personas, sin las habilidades necesarias para operar la luz laser, puedan diseñar objetos para la producción en la fundición. Ello puede resultar en niveles de desempeño previamente desconocidos, por cuanto se pueden producir estructuras geométricas complejas, imposibles de fabricar de otra manera. Los objetos pueden ser creados en grandes volúmenes, tales como la fundición de 1.000 implantes vertebrales desde una sola cama de polvo. Con manufactura aditiva, los productos pueden ser producidos en una sola pieza, como un solo componente, en lugar de ser ensamblados con partes individuales. Esto reduce la cantidad material requerido, por cuanto las partes tienden a ser más livianas y también evita los gastos de ensamblaje.
Las fábricas diseñadas -por-software
Si el futuro de la manufactura se asemeja a los semiconductores, todavía hay un buen camino por recorrer. Producir objetos mecánicos no es lo mismo que grabar elaborados circuitos sin partes móviles, Son mucho menos estándar y los componentes tienen todo tipos de usos finales. Todo el proceso de integrar materiales en un proceso aditivo está todavía en sus etapas iniciales. Sin embargo la flexibilidad y las posibilidades que abren son alucinantes. Las implicaciones están comenzando a ser aparentes. Los productos pueden llegar a tener un nivel de desempeño que no es alcanzable cuando la producción está limitada a las manos humanas. Los pisos de las fábricas dejarán de ser espacios bidimensionales para acomodar seres humanos. Las fábricas diseñadas por software serán más densas, lugares tridimensionales más complejos, llenos de grupos (clusters) máquinas altamente productivas y automatizadas. Estas fábricas del futuro podrían terminar siendo espacios casi desiertos, atendidos por pocos técnicos. Por cuanto el software se encargará de las complejidades de la producción, serán más fáciles de usar por el personal que desarrolla y diseña nuevos productos. Estos podrán liberar su imaginación a nuevos niveles.
Se hace referencia a If it can be designed on a computer, it can be built by robots. También aparece en mi Portal https://tinyurl.com/fjvht64h.