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Herramientas digitales para crear equipos definidos por software más precisos
Tecnologías como los gemelos digitales permiten a los fabricantes desarrollar maquinaria y equipos mejor adaptados a sus entornos, así como prever fallos y reducir gastos.
La maquinaria pesada ha sido un importante motor de desarrollo en todo el mundo, ya que ha permitido una producción alimentaria más eficiente, el transporte de recursos por todo el planeta, la extracción de materias primas de la tierra y mucho más. Sin embargo, a medida que el ritmo se ha acelerado, estas valiosas máquinas han tenido que evolucionar para poder funcionar durante más horas, en lugares más remotos y, en algunos casos, de forma más autónoma.
El software y la electrónica son la mayor ventaja para los fabricantes de equipos originales (OEM, por sus siglas en inglés) que desarrollan equipos todoterreno en la actualidad, ya que crean nuevas fuentes de ingresos y ahorran algunos de los costos de desarrollo de los sistemas mecánicos que antes influían en las decisiones de los compradores. Pero, al igual que en otras industrias que están pasando por transiciones similares, la creación de productos definidos por software (SDP, por sus siglas en inglés) requiere un nuevo enfoque. Una forma digital de avanzar.
Al comenzar con el gemelo digital desde el primer día, las empresas pueden comunicar mejor los requisitos del sistema a los operadores, colaborar con los proveedores para obtener un sistema correctamente integrado en menos tiempo y hacerlo en un marco escalable para seguir fabricando productos excelentes durante las próximas décadas.
Maximizar el rendimiento operativo
La fabricación de maquinaria pesada es un reto en sí mismo, por su volumen de producción reducido y unos requisitos de personalización elevados. Además, los clientes finales esperan el máximo tiempo de actividad para estas grandes inversiones. Dependiendo de la aplicación, se puede esperar que la maquinaria pesada funcione casi las 24 horas del día y los siete días de la semana (24/7).
El software desempeña un papel importante para que esto sea una realidad, con la adopción de la autonomía, la semiautonomía y muchas otras funciones que pueden aumentar la capacidad de la máquina, o mejorar la comodidad de funcionamiento para los operadores. Pero, para ofrecer estas funciones de software con éxito, es necesario integrar estos requisitos lo antes posible en el gemelo digital.
La primera ventaja de un sistema de software correctamente integrado es la capacidad de detectar y reparar errores mucho más rápidamente que en el hardware. Al crear transparencia en el desarrollo del gemelo digital del producto, los fabricantes de equipos originales pueden acelerar los ciclos de desarrollo y reducir los gastos generales.
Otra ventaja importante es que la incorporación de funciones definidas por software en la transmisión, o en cualquier otra función del sistema, puede proporcionar una vía hacia una mayor rentabilidad tanto para los fabricantes, como para los operadores. La inclusión de dicho software bloquea el rendimiento, lo que añade un dominio adicional y afecta la complejidad del producto, pero puede reducir la complejidad posterior para los fabricantes de equipos originales al consolidar lo que antes podían ser múltiples productos con diferentes características de rendimiento.
Para los operadores, la posibilidad de actualizar sus equipos mediante software durante unas semanas, o incluso unos días, puede suponer una ventaja significativa frente a la compra de una máquina más cara desde el principio. En plena temporada de cosecha, poder recolectar más cantidad en el mismo tiempo puede ser muy valioso, sobre todo cuando el costo de propiedad puede reducirse durante los periodos de menor actividad.
Pero, para que esto se convierta en algo habitual, la interacción con el software debe ser intuitiva y receptiva para poder seguir el ritmo de los exigentes programas de trabajo de estos equipos. Durante el desarrollo, el software y el hardware deben entenderse como partes de un todo. Trabajar a partir del gemelo digital integral ayuda a establecer esa conexión entre todos los ámbitos desde el principio, y la extiende a lo largo de toda la vida útil del producto.
Comprender los múltiples niveles de fiabilidad
El uso de un entorno de desarrollo integrado para ofrecer funciones de software en equipos pesados es un gran primer paso en la creación de un SDP. Sin embargo, los requisitos de fiabilidad de este sector subrayan la importancia de validar las actualizaciones de software antes de implementarlas en el producto sobre el terreno.
Si una mala actualización en un teléfono puede resultar incómoda, en los equipos de una empresa puede afectar su funcionalidad, la confianza e incluso los requisitos de seguridad. Aquí es donde la simulación ofrece una propuesta de gran valor para los fabricantes de equipos originales y su red de proveedores. Simular cómo una actualización de software interactuará con el hardware es la razón por la que las herramientas de emulación –como PAVE360– son tan importantes, ya que proporcionan un enfoque de plataforma abierta para utilizar modelos con diferentes niveles de fidelidad, y conectar herramientas especializadas o hardware externo para proporcionar un contexto real.
La posibilidad de probar virtualmente la interacción de los componentes electrónicos y el software previstos con el contexto, antes de su implementación, es la razón por la que la digitalización es tan importante para el éxito del desarrollo de SDP.
El funcionamiento fiable del software es quizás lo más tangible cuando se habla de funcionamiento autónomo. Comprender cómo reaccionará un sistema integrado sin intervención ni supervisión humanas es muy valioso durante el desarrollo inicial, pero también puede servir de apoyo para la iteración continua a lo largo de la vida útil del equipo. Cuando se descubre una nueva situación sobre el terreno, se puede añadir al gemelo digital para proporcionar un mayor contexto en los modelos.
La prioridad de la seguridad variará según la aplicación. Una arquitectura basada en interrupciones garantiza la seguridad de las personas que se encuentran cerca del equipo y la seguridad del propio equipo. Un error en un sistema de conducción autónoma puede provocar una intervención manual por parte del operador, pero un error en una herramienta puede provocar que esta se coloque en una posición de seguridad para evitar daños en el equipo. Comprender cómo interactúan estos sistemas de software es una parte importante de la complejidad que entraña el desarrollo de un SDP seguro y eficaz.
La digitalización es la clave para proporcionar transparencia en toda la pila de software y su integración con los sistemas de hardware.
Creación de productos integrados más duraderos
La mayor vida útil de los equipos pesados y las condiciones, a menudo adversas, añaden otra capa de complejidad al desarrollo de los SDP. Los componentes electrónicos que ejecutan el software deben diseñarse para estos entornos hostiles. Parte de ello se puede lograr mediante el aislamiento mecánico en el diseño del producto, alejando las placas de control de las zonas de entrada de agua y polvo, o utilizando recubrimientos conformados para proteger los circuitos, pero estas decisiones deben sopesarse con la reparabilidad y el costo de estos productos, que a menudo permanecen en el campo durante 30 años o más.
Algunos fabricantes de equipos originales pueden optar por la redundancia, pero eso también puede aumentar los costos y el peso al duplicar las placas de control y el cableado. Una vez más, trabajar virtualmente en el gemelo digital desde el principio puede ayudar a los diseñadores a comprender las ventajas y desventajas de estas decisiones desde el inicio para encontrar la solución óptima.
Las aplicaciones mineras son un ejemplo perfecto de la necesidad de durabilidad en la maquinaria, especialmente en la maquinaria definida por software. Los equipos deben funcionar casi las 24 horas del día, los 7 días de la semana, para maximizar el valor de la mina, por lo que los sistemas mecánicos deben ser extremadamente resistentes y duraderos para soportar las duras condiciones ambientales y las cargas pesadas. Dado que algunas de las actividades más peligrosas y monótonas están automatizadas, el software deberá ser igual de duradero para evitar, por ejemplo, que un fallo provocado por el agua o el polvo provoque un cortocircuito en un contacto, o dañe un componente eléctrico.
(…) La simulación y las pruebas emuladas de forma virtual antes de la implementación en el mundo real son fundamentales para diseñar teniendo en cuenta estas posibilidades. Los diseñadores y proveedores de toda la cadena de valor deben tener acceso a los requisitos más amplios del sistema para crear el mejor producto posible desde el primer momento. La digitalización, incluido el gemelo digital integral y las integraciones entre PLM, CAD, ECAD y otras herramientas de desarrollo, hacen que esto sea una realidad y ayudan a acelerar el proceso para que los operadores puedan centrarse en su experiencia.
Nota de la editora: La columna fue editada para seguir el estilo editorial del portal.
Hendrik Lange es el director de Heavy Equipment Industry en Siemens Digital Industries Software. Cuenta con más de 25 años de experiencia prestando apoyo a clientes del sector automovilístico, del transporte y de la maquinaria pesada en su búsqueda de innovación y en la superación de retos.
