Para hacer frente al cambio a los vehículos eléctricos, el aumento de la demanda de semiconductores, la deslocalización de la manufactura y las ambiciones de una mayor sostenibilidad, los fabricantes están invirtiendo en nuevos desarrollos de fábricas y rediseñando sus instalaciones existentes.
Estos proyectos a menudo superan el presupuesto y el cronograma, debido a procesos de planificación complejos y manuales, infraestructura tecnológica heredada y herramientas, datos y equipos desconectados.
Las fábricas virtuales y la digitalización abordan estos desafíos, y los fabricantes los están aceptando. Una fábrica virtual, impulsada por tecnologías como los gemelos digitales, el ecosistema Universal Scene Description (OpenUSD) y la IA generativa, puede habilitar nuevas posibilidades, desde la planificación hasta las operaciones.
¿Qué Es Una Fábrica Virtual?
Una fábrica virtual es una representación físicamente precisa de una fábrica real. Estos gemelos digitales de fábricas permiten a los fabricantes modelar, simular, analizar y optimizar sus procesos productivos, recursos y operaciones sin necesidad de un prototipo físico o planta piloto.
Beneficios de las Fábricas Virtuales
Las fábricas virtuales desbloquean muchos beneficios y posibilidades para los fabricantes, entre ellos:
- Comunicación Optimizada: En lugar de que los equipos dependan de reuniones en persona y documentos de planificación estáticos para la alineación del proyecto, las fábricas virtuales agilizan la comunicación y garantizan que las decisiones críticas de diseño y operaciones se basen en los datos más actualizados.
- Planificación Contextualizada: Durante el diseño, la construcción y la puesta en marcha de las instalaciones, las fábricas virtuales permiten a las partes interesadas del proyecto visualizar los diseños en el contexto de toda la instalación y el proceso de producción. Los equipos de planificación y operaciones pueden comparar y verificar las estructuras construidas con los diseños virtuales en tiempo real y reducir los costos mediante la identificación de errores y la incorporación de comentarios al principio del proceso de revisión.
- Diseños Optimizados de las Instalaciones: La conexión de las fábricas virtuales con simulaciones de procesos y eventos discretos permite a los equipos optimizar los diseños de las instalaciones para la producción y el flujo de materiales, el diseño ergonómico del trabajo, la seguridad y la utilización general.
- Operaciones Inteligentes y Optimizadas: Los equipos de operaciones pueden integrar sus fábricas virtuales con valiosos datos de producción de la tecnología de Internet de las cosas en el edge y aprovechar la IA para impulsar más optimizaciones.
Fábricas Virtuales: Un Campo de Pruebas para la IA y la Robótica
Los desarrolladores de robótica utilizan cada vez más fábricas virtuales para entrenar y probar la IA y los sistemas autónomos que se ejecutan en fábricas físicas. Por ejemplo, las fábricas virtuales pueden permitir a los desarrolladores y equipos de manufactura simular trabajadores digitales y robots móviles autónomos (AMR), agentes de IA de visión y sensores para crear un mapa centralizado de la actividad de los trabajadores en toda una instalación. Al fusionar los datos de las transmisiones de cámaras simuladas con el seguimiento multicámara, los desarrolladores pueden generar mapas de ocupación que informan sobre las rutas óptimas de AMR.
Los desarrolladores también pueden utilizar estas fábricas virtuales físicamente precisas para entrenar y probar agentes de IA capaces de gestionar sus flotas de robots, para garantizar que los robots habilitados para IA puedan adaptarse a la imprevisibilidad del mundo real e identificar configuraciones optimizadas para la colaboración entre humanos y robots.
¿Cuáles Son las Bases de Una Fábrica Virtual?
La construcción de fábricas virtuales a gran escala y físicamente precisas que desbloqueen estas posibilidades de transformación requiere reunir muchas herramientas, formatos de datos y tecnologías para armonizar la representación de los aspectos del mundo real en el mundo digital.
Originalmente inventado por Pixar Animation Studios, OpenUSD abarca una colección de herramientas y capacidades que permiten la interoperabilidad de datos que los desarrolladores y fabricantes requieren para lograr sus objetivos de digitalización.
El principal superpoder de OpenUSD es el modelado flexible de datos. La entrada 3D se puede aceptar de aplicaciones de origen y combinarse con una variedad de datos, incluidos software de diseño asistido por computadora, sensores en vivo, documentación y registros de mantenimiento, a través de un pipeline de datos unificada. OpenUSD permite a los desarrolladores compartir estos tipos de datos a través de diferentes herramientas de simulación y modelos de IA, proporcionando información para todas las partes interesadas. Los datos se pueden sincronizar desde la planta de producción hasta el gemelo digital, lo que permite obtener información en tiempo real para los gerentes y equipos de la fábrica.
Al desarrollar soluciones de fábrica virtual en OpenUSD, los desarrolladores pueden mejorar la colaboración de los equipos de fábrica, lo que les permite revisar los planes, discutir las oportunidades de optimización y tomar decisiones en tiempo real.
Para apoyar y acelerar el desarrollo del ecosistema OpenUSD, Pixar, Adobe, Apple, Autodesk y NVIDIA formaron la Alliance for OpenUSD, que está construyendo estándares abiertos para USD en especificaciones básicas, materiales, geometría y más.
Casos de Uso Industrial para Fábricas Virtuales
Para liberar el potencial de las fábricas virtuales, los líderes de la industria, incluidos Autodesk, Continental, Pegatron, Rockwell Automation, Siemens y Wistron, están desarrollando soluciones de fábrica virtual que interoperan con OpenUSD y NVIDIA Omniverse, una plataforma de interfaces de programación de aplicaciones (API) y kits de desarrollo de software que permiten a los desarrolladores crear aplicaciones para workflows complejos de digitalización industrial y 3D basados en OpenUSD.
FlexSim, una empresa de Autodesk, utiliza OpenUSD para permitir que los equipos de fábrica analicen, visualicen y optimicen los procesos del mundo real con su modelado de simulación para sistemas y operaciones complejos. El software de simulación de eventos discretos proporciona una interfaz intuitiva de arrastrar y soltar para crear modelos de simulación 3D, tener en cuenta la variabilidad del mundo real, ejecutar escenarios hipotéticos y realizar análisis en profundidad.
Los desarrolladores de Continental, una empresa alemana líder en tecnología automotriz, desarrollaron ContiVerse, una aplicación de planificación de fábricas y operaciones de manufactura en OpenUSD y NVIDIA Omniverse. La aplicación ayuda a Continental a optimizar los diseños de las fábricas y planificar los procesos de producción de forma colaborativa, lo que lleva a una reducción esperada del 13% en el tiempo de comercialización.
En asociación con el proveedor de consultoría de TI y servicios digitales SoftServe, Continental también desarrolló Industrial Co-Pilot, que combina conocimientos impulsados por IA con visualización inmersiva para ofrecer orientación en tiempo real y análisis predictivo a los ingenieros. Se espera que esto reduzca el esfuerzo de mantenimiento y el tiempo de inactividad en un 10%.
Pegatron, uno de los mayores fabricantes mundiales de teléfonos inteligentes y electrónica de consumo, está desarrollando soluciones de fábrica virtual en OpenUSD para acelerar el desarrollo de nuevas fábricas, así como para minimizar las órdenes de cambio, optimizar las operaciones y maximizar el rendimiento de la línea de producción en las instalaciones existentes.
Rockwell Automation está integrando las API de NVIDIA Omniverse Cloud y OpenUSD con su software de gemelos digitales Emulate3D para brindar a los equipos de manufactura interoperabilidad de datos, colaboración en vivo y visualización basada en la física para diseñar, construir y operar gemelos digitales a escala industrial de sistemas de producción.
Siemens, una empresa de tecnología líder en automatización, digitalización y sostenibilidad y miembro de Alliance for OpenUSD, está adoptando las API de Omniverse Cloud dentro de su plataforma Siemens Xcelerator, comenzando con Teamcenter X, el software de gestión del ciclo de vida del producto basado en la nube líder en la industria. Esto ayudará a los equipos a diseñar, construir y probar productos, procesos de manufactura y fábricas de próxima generación de forma virtual, antes de que se construyan en el mundo físico.
Wistron, un proveedor líder mundial de servicios tecnológicos y fabricante de productos electrónicos, está digitalizando fábricas nuevas y existentes con OpenUSD. Al desarrollar soluciones de fábrica virtual en NVIDIA Omniverse, Wistron permite a sus equipos de fábrica colaborar de forma remota para refinar las configuraciones de diseño, optimizar la tecnología de montaje en superficie y las líneas de prueba en circuito, y transformar las pruebas de productos en el dock.
Con estas soluciones, Wistron ha logrado un aumento del 51% en la eficiencia de los trabajadores y una reducción del 50% en los tiempos del proceso de producción. La optimización del diseño y la supervisión en tiempo real han reducido las tasas de defectos en un 40%. Y el tiempo de construcción de la nueva fábrica NVIDIA DGX de Wistron se redujo a la mitad, de unos cinco meses a solo dos meses y medio.
Obtenga más información sobre el desarrollo de soluciones avanzadas de fábrica virtual habilitadas para IA generativa en la página Caso de Uso de Fábrica Virtual. Los desarrolladores pueden empezar a trabajar con una arquitectura de referencia que proporcione una descripción general de los componentes y las capacidades que se deben tener en cuenta a la hora de desarrollar soluciones de fábrica virtual.
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Imagen destacada cortesía de Siemens.