VALÈNCIA. Optimizar los procesos de fabricación, su supervisión e interconexión con otros procesos de la empresa, mejorar la manipulación de elementos de muy diversas formas y tamaños, agilizar los procesos productivos, automatizar tareas que son complejas, predecir el comportamiento dentro de las organizaciones o clientes, buscar formas más rápidas y eficientes de reducir el consumo energético, mejorar la seguridad de los productos o tomar decisiones estratégicas basadas en análisis de datos e interpretación son algunas de las ventajas que ofrece la digitalización para el tejido empresarial de la Comunitat Valenciana.
De ahí que la digitalización sea uno de los grandes ejes de los proyectos que llevan a cabo los centros de la Red de Institutos Tecnológicos de la Comunitat Valenciana (Redit) y que están financiados por el Instituto Valenciano de Competitividad (Ivace) y fondos Feder. “Tenemos en nuestra misión el firme propósito de ayudar en innovación y tecnología a la mayor cantidad de empresas posible, con especial foco en las pymes. Es mucho más complejo dar soporte a las empresas más pequeñas, pero ese es precisamente uno de nuestros rasgos diferenciales: ayudar a inocular el gen innovador y tecnológico en todas aquellas empresas que lo deseen, por pequeñas que sean”, ha asegurado el presidente de Redit, Fernando Saludes.
Concretamente, la simulación de procesos es una herramienta fundamental para el avance del conocimiento, especialmente en aquellos procesos en los que la experimentación es difícil de realizar. El desarrollo de software de simulación y virtualización hace posible la visualización previa de soluciones de robotización a medida de las necesidades del cliente final, permitiendo un mayor control durante las fases de diseño, favoreciendo la adaptación de los procesos y dispositivos al tipo de piezas a manipular o mecanizar, facilitando una mayor capacidad de detección de fallos de diseño.
Los beneficios de la simulación
En este sentido AIJU está trabajando en el proyecto SIMDAT 4.0, que tiene como objetivo desarrollar un sistema de digitalización industrial en el que se utilicen diferentes tecnologías habilitadoras de la Industria 4.0, como es la simulación de procesos productivos, el análisis de datos y la fabricación aditiva, cuya finalidad es mejorar el funcionamiento de cualquier industria, reducir los costes y obtener productos de mayor calidad y valor añadido. “La simulación industrial o el gemelo virtual son tecnologías clave implicadas en el concepto de Industria 4.0, que sirven para diseñar y optimizar los procesos industriales, la logística interna, la planificación de las inversiones y la producción. La simulación proporciona información acerca de la utilización de recursos, detección de cuellos de botella, tiempos de producción y respuesta a cambios, entre otras”, señalan desde AIJU.
Los resultados de este sistema serán una serie de demostradores para las empresas del sector tradicional del juguete, las empresas matriceras y transformadoras del plástico, en los que se incorporarán diferentes elementos de control y digitalización de sus procesos de producción basados en desarrollos tecnológicos asequibles para esta industria. El objetivo es que cualquier empresa disponga de nuevos recursos y buenas prácticas para introducir el concepto de Industria 4.0 en sus procesos y servicios, así como, en toda su operativa, de forma ágil sin necesidad de grandes inversiones.
Uno de los primeros demostradores está basado en sistemas de captura de datos en procesos de inyección de polímeros. Gracias a una serie de sensores instalados en diferentes máquinas de inyección se puede obtener información del proceso de fabricación en tiempo real con la finalidad de verificar si se realiza de forma correcta, detectando posibles funcionamientos deficientes en las máquinas que puedan producir defectos de fabricación en las piezas y obtener información útil para la realización de operaciones de mantenimiento predictivo como el número de ciclos de trabajo realizados, temperaturas o presiones excesivas, etc. De forma paralela se está trabajando también en el desarrollo de simulaciones industriales consistentes en representaciones virtuales de determinados procesos, equipos y dispositivos industriales.
También en un modelo de simulación, en este caso, energético y productivo para el análisis de procesos industriales, están trabajando el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE) y el Instituto de Tecnología Cerámica (ITC-AICE), dentro del proyecto Genertwin. “La sostenibilidad energética es tradicionalmente considerada como un objetivo a largo plazo. Sin embargo, en los últimos meses la economía fluctúa entre importantes subidas de los precios de la energía y dependencias cada vez mayores de factores externos difíciles de predecir, lo que obliga a las empresas a buscar formas más rápidas y eficientes de reducir el consumo energético”, aseguran desde ITE. “En el caso de las empresas manufactureras, su actividad se ve seriamente comprometida por estas fluctuaciones. Por eso, en un contexto en el que la práctica totalidad de empresas manufactureras ven condicionada su competitividad y supervivencia a la evolución del coste energético y las políticas de descarbonización proyectadas, las tecnologías digitales de análisis y mejora de la eficiencia suponen una solución clave en forma de oportunidad”, explican desde ITC-AICE.
Así, con Genertwin, los expertos del ITE trabajan en el desarrollo de algoritmos de optimización del coste energético para generar los escenarios de ahorro y mejora energética y productiva. ITC-AICE, por su parte, se encarga del desarrollo de los modelos productivos y la adaptación de la infraestructura digital para la conexión del Sistema Digital con los sistemas de la planta cerámica piloto.
Esta investigación propone desarrollar y aplicar al entorno industrial real un Sistema Digital de Análisis que aplica técnicas de modelado y simulación y se apoya en herramientas digitales para optimizar la toma de decisiones permitiendo minimizar tiempo y recursos. Esta herramienta analiza virtualmente los distintos escenarios productivos de un proceso o etapa del proceso con el fin de sacar conclusiones acerca de la flexibilidad productiva que admite el proceso, su rendimiento energético según variables y factores tanto productivos como del contexto de la planta.
La simulación de escenarios propuesta ofrece una serie de ventajas para predecir con un margen de error aceptable distintas situaciones en las que se puede operar, por ejemplo, calculando el coste operativo del proceso ante una subida del precio de la energía. También permite decidir sobre la manera óptima de organizar la producción y los recursos en planta. El factor común a todos los puntos anteriores es que, una vez desplegado el sistema en planta y alimentado de los datos necesarios, la obtención de resultados está condicionada a llevar a cabo las simulaciones que sean de interés para el operador del proceso, traduciéndose únicamente en tiempo computacional y dando una gran agilidad al operador del proceso para analizar escenarios.
ITC-AICE, por su parte, también está trabajando en la modelización del comportamiento del azulejo durante su etapa de cocción. En este caso, las transformaciones fisicoquímicas que experimenta el azulejo en esta fase difieren enormemente de las que tienen lugar en el gres porcelánico, por lo que es necesario reformular completamente el modelo del que se disponía. “La digitalización de la industria cerámica ha impulsado el desarrollo de modelos digitales que mejoran la comprensión de los fenómenos que tienen lugar durante el proceso de fabricación de baldosas cerámicas”. En este ámbito, el instituto, a través del proyecto ProSIM, ha modelado con éxito el comportamiento del gres porcelánico durante la etapa de cocción, un modelo que permite predecir la porosidad final de una baldosa a partir de su porosidad inicial y el ciclo térmico al que ha sido tratada.
Estos modelos de comportamiento, una vez validados, serán de gran utilidad para desarrollar herramientas predictivas capaces de anticipar el comportamiento de los materiales cerámicos durante su procesado. Todo ello, con el fin de facilitar y agilizar los procesos de toma de decisión en planta.
La segunda fase del proyecto, Prosim II, se centra en la modelización y simulación aplicada al proceso de fabricación de baldosas cerámicas a fin de conocer de antemano qué problemática le podría afectar a un proceso industrial para poder prevenir posibles incidencias.
Paralelamente, ITC-AICE junto con la empresa castellonense Euroarce, una firma del Grupo SAMCA, está trabajando en un modelo digital del proceso de secado por atomización, una operación básica en la industria cerámica que consiste en la transformación de una suspensión o disolución de materias primas cerámicas en un material seco particulado, mediante la atomización del primero en un medio gaseoso a alta temperatura. Con ello se busca mejorar la comprensión del proceso e integrar su uso en el día a día de quienes operan en la planta.
Introducción de tecnologías disruptivas
Otra de las áreas, dentro de la digitalización, en la que están trabajando los institutos tecnológicos de Redit, con la financiación de Ivace y fondos Feder, es la introducción en las industrias de tecnologías disruptivas, como la inteligencia artificial (IA), Internet of Things (IoT), Cloud Computing, o Data Analytics, para mejorar sus productos y servicios, al tiempo que aumentan la eficacia y eficiencia de sus procesos. Así, por ejemplo, entre los proyectos que lleva a cabo el Instituto Tecnológico de Informática (ITI) destacan dos: Aitana-MoMo y Ophra.
Aitana-MoMo tiene como objetivo el desarrollo de herramientas de monitorización y detección de la degradación de los modelos de IA. Esta iniciativa posibilitará a los desarrolladores poder tomar decisiones sobre estos modelos puestos en producción, así como investigar la causa de los errores y re-entrenarlos en caso de ser necesario. “Aitana-MoMo pretende controlar estos factores que pueden alterar el rendimiento de las herramientas de Inteligencia Artificial, así como completar la necesidad crucial e importante en el ciclo de vida de estos modelos”, ha explicado el investigador científico de ITI, David Millán.
La iniciativa Aitana-MoMo ha establecido unos objetivos específicos para desarrollar estas herramientas de IA, entre los que se encuentra la realización de un análisis que permita la identificación de variables; el diseño de un conjunto de funcionalidades para la monitorización; o la implementación de las interfaces gráficas necesarias para dar soporte a las nuevas funcionalidades desarrolladas. Estos objetivos se sustentan en dos pilares clave: el análisis del estado de algoritmos de monitorización y la definición de las variables KPI’s.
La funcionalidad de Aitana-MoMo se pondrá en práctica con la creación de una prueba piloto demostrativa que permita a empresas TIC de la Comunitat Valenciana poder probar las nuevas funcionalidades desarrolladas en el proyecto en un entorno lo más realista posible. “La aplicación tendrá una importante repercusión económica y, dada la tipología de empresas que podrán beneficiarse de ella, es esencial realizar una demostración en conjunto para que se familiaricen con la herramienta”, afirma Millán.
Mediante Aitana-MoMo se pretende obtener un estudio detallado de las técnicas y procesos que se llevan a cabo para poder detectar la degradación de los modelos, así como dar respuesta a la enorme cantidad de librerías, herramientas y lenguajes de desarrollo, donde las y los científicos de datos encuentran dificultades debido a que las soluciones existentes abordan problemas parciales y no cuentan con la flexibilidad necesaria. “Esta herramienta pondrá a disposición de los especialistas modelos que permitan varias formas de trabajar, aumentando su productividad y comodidad”, concluye Millán.
Por su parte, a través de Ophra, ITI desarrollará y validará nuevos algoritmos y herramientas de securización integrados en un sistema como parte de los mecanismos de acceso externo de los servicios hacia los internos del clúster, analizando el tráfico entrante y proporcionando algoritmos de detección de ataques de seguridad que permitan crear una plataforma Big Data Analytics segura y fiable. “El gran interés de las empresas se centra en investigar y crear modelos a través de técnicas de Inteligencia Artificial (IA), donde el machine learning (aprendizaje máquina) y el Deep learning (Aprendizaje profundo) juegan un rol fundamental, en donde los resultados de los modelos permiten, agilizar los procesos productivos, automatizar tareas que son complejas, predecir el comportamiento dentro de las organizaciones o clientes. Es decir, es un elemento fundamental en las empresas de hoy, sobre todo para aumentar la productividad” afirman desde ITI.
A su vez se desarrollarán y actualizarán componentes de la plataforma Radiatus que permitan ofrecer un mayor abanico de herramientas a los usuarios para el análisis, tratamiento y gestión del Big Data. “Cada vez más industrias están adoptando o pensando en adoptar soluciones de Big Data Analytics por tratarse de una herramienta muy potente para obtener conocimiento a partir de las grandes cantidades de datos que generan. Estas soluciones pueden aplicarse a distintos ámbitos de gran interés para las empresas como mantenimiento predictivo, predicción de consumos, detección de anomalías, aplicación de técnica de minería de texto, optimización de la configuración de máquinas, y muchos más campos donde la Inteligencia Artificial (IA), el análisis de datos y el BigData comienzan a ser elementos claves para la toma de decisiones dentro de las organizaciones”.
Para alcanzar los objetivos generales del proyecto Ophra, los investigadores de ITI van a trabajar en una serie de áreas específicas: análisis operativo de las diferentes técnicas de autenticación y autorización en el marco de los servicios cloud y Big Data; análisis, diseño y desarrollo de diferentes mecanismos de securización basados en Big Data e Inteligencia Artificial, analizando diferentes formas de interceptar los datos para ser analizados como pueden ser gateways, proxys, ingress de kubernetes, etc; análisis, diseño y desarrollo de mecanismos de ciberseguridad mediante algoritmos y/o modelos de Inteligencia Artificial y Big Data Analytics; diseño y desarrollo de frontends necesarios para dar soporte a las herramientas desarrolladas, y realización de una prueba piloto en un entorno relevante para validar el sistema desarrollado.
Robots colaborativos y pasaporte digital
A ellas se unen otros proyectos de los institutos tecnológicos encaminados a mejorar las líneas de producción y también el producto. Un ejemplo de ello es el proyecto Handybot, desarrollado por Inescop y en el que participan las empresas Algorós, Hope Diamon, PTH Urban, Grupo Indaca, Panter, Zahonero, Analco y Cicasa, que busca demostrar el potencial que tiene la combinación de diferentes componentes tecnológicos de última generación, como son las manos robóticas, los robots colaborativos o la visión artificial, para mejorar la destreza del sistema robótico, otorgando una mayor capacidad de agarre y manipulación de objetos, pudiendo afrontar operaciones que hasta ahora no se contemplaban con otro tipo de manipuladores robóticos más sencillos. “La cadena productiva del calzado se divide en muchas operaciones pequeñas que no solo requieren de la manipulación de elementos de muy diversas formas y tamaños, sino que, además, precisan de una cierta destreza en su manipulación. Con el objetivo de hacer frente a este tipo de tareas, estamos trabajando para demostrar el potencial conjunto de la combinación de manos robóticas y robots colaborativos, potenciando así la capacidad manipulativa del sistema, y dando apoyo al operario humano en operaciones mayormente manuales, cuya automatización se consideraba inviable hasta ahora”, afirman desde Inescop.
La idea es utilizar manos robóticas para automatizar operaciones del calzado que hasta ahora no se han planteado, ya que estas tienen el potencial de trabajar con elementos más pequeños, de formas diversas o consistencia semiflexible, como pueden ser plantillas, suelas, tacones, topes o contrafuertes, embolsados o sueltos, pudiendo automatizar o colaborar en las correspondientes tareas de la cadena de producción del calzado o sus componentes.
Por su parte, AIJU e ITI trabajan en el desarrollo de un pasaporte digital para juguetes inteligentes de las empresas del sector, que evitará su falsificación y facilitará su reciclaje. Como explica Jose Carlos Sola, coordinador del proyecto en AIJU, “introducir el pasaporte de producto digital lo antes posible en las empresas del sector del juguete es muy importante, ya que pronto empezará a ser una obligación y conviene estar preparados”. Además, señala que, “necesitamos conocer los componentes de los materiales y sus posibilidades de reciclado, de forma que los juguetes sean lo más sostenibles posibles”.
Según fuentes de la Policía Nacional, en las pasadas navidades, se intervinieron más de 170.000 juguetes falsificados. Los artículos, imitaban a prestigiosas marcas como Lol, Cry Babies, Disney, Nickelodeon, Mattel o Real Madrid y alcanzaban un valor de mercado superior a 1.200.000 euros. Según esta misma fuente, los juguetes llegaban a España desde China burlando los controles de seguridad al estar totalmente desmontados y era en España donde se realizaba el montaje final. En este sentido, cabe destacar que los productos incautados representaban altos riesgos para la salud y seguridad de los niños al emplear en su fabricación y elaboración materiales, pinturas y lacas altamente nocivas. Por ello, el proyecto DLT4AITOYS, permitirá controlar qué elementos forman parte de un juguete inteligente, registrando también las diferentes etapas de su fabricación y distribución. Además, los usuarios podrán identificar fácilmente las características del juguete, así como su procedencia.
Por otra parte, mediante los procesos de logística inversa, también se podrá introducir mejoras en el reciclaje de los elementos de estos juguetes una vez finalicen su vida útil, promoviendo la economía circular y reduciendo la generación de residuos. Esta información se almacenará y se podrá visualizar en la plataforma de Inteligencia Artificial desarrollada por AIJU, que integra servicios de IA como reconocimiento de imágenes, chatbots, análisis de sentimientos y emociones, y reconocimiento de voz. Por tanto, permitirá que la industria juguetera valenciana mejore la calidad de sus juguetes inteligentes y que estos puedan proporcionar un mayor valor pedagógico para los usuarios, y ecológico en la gestión del reciclado.
Mientras ITI trabajará con tecnologías como Blockchain, con el objetivo de generar un registro digital seguro y transparente en los procesos de producción. El uso de Distributed Ledger Technologies (DLTs) permitirá almacenar de manera inmutable, gracias a su uso de la criptografía y replicación distribuida, aquella información, o un resumen de la misma, que por su carácter, se considere particularmente relevante. “El resultado reforzará la confianza de los consumidores, ya que podrán conocer la trazabilidad del producto, desde las materias primas utilizadas en su producción hasta el marketing llevado a cabo. De esta forma, la calidad de los productos irá de la mano con su historial de producción”
La introducción de un pasaporte de producto digital aumentará las posibilidades de que el producto sea reciclado o reutilizado, ya que dicho pasaporte incluirá información sobre el proceso de producción de cada producto para que los diferentes tipos de usuarios de toda la cadena de suministro puedan reutilizarlo o tratarlo de forma correcta a la hora de gestionar los residuos. Esta iniciativa pretende mejorar la información de los productos a lo largo de todo su ciclo de vida, para que su diseño, fabricación, utilización y reciclado sean más sostenibles, reduciendo de esta forma el impacto medioambiental e impulsando, por consiguiente, la economía circular.
