Mecatrónica vs. IoT: ¿Qué necesitan realmente las líneas de envasado?

Walt Boyes | 12 de marzo de 2023

No todas las operaciones de empaque pueden permitirse o aprovechar lo último en tecnología. Pero el empaque manual y semiautomático solo puede ayudarlo hasta cierto punto desde el punto de vista de la productividad y la producción.

La mecatrónica está ayudando a mejorar la línea de envasado. ¿Es suficiente en el entorno competitivo actual? ¿O adoptar la Industria 4.0 y el Internet industrial de las cosas (IIoT) es su única esperanza de supervivencia?

He aquí un vistazo a los problemas para ayudarle a decidir. (Consulte las definiciones de Mecatrónica e IIoT/Industria 4.0 en la presentación de diapositivas adjunta).

"Dado que la mecatrónica es una combinación de sistemas mecánicos y eléctricos, esto ha estado tradicionalmente en el motor", dice Rick Forsgren, gerente de desarrollo comercial de la industria del empaque en Beckhoff Automation. "Lo que ha evolucionado en los últimos años son sistemas que incorporan movimiento mecánico y control eléctrico en un solo componente de máquina".

Esto incluiría sistemas como XTS Intelligent Track Systems de Beckhoff o XPlanar Magnetically Levitated Movers, explica Forsgren.

Con sistemas como estos, señala Forsgren, las empresas pueden aprovechar los perfiles de movimiento asíncrono infinitamente personalizables para cosas como:

• Introducir productos en una máquina y clasificarlos en grupos de cualquier tamaño.• Introducir diferentes productos en la misma máquina y clasificarlos en diferentes grupos de paquetes de diferentes tamaños.• Orientar productos para necesidades específicas, incluida la legibilidad de paquetes múltiples, la eficiencia o la exhibición requisitos listos.• Creación de combinaciones de cualquier producto o grupo con un simple cambio de software (sin cambios de herramientas).• Cambio instantáneo de formato o tamaño de paquete sin tiempo de inactividad.• Creación de paquetes arcoíris de cualquier combinación.• Limitación o eliminación del almacenamiento en búfer entre funciones mediante la coordinación transferencia de alimentaciones asíncronas a alimentaciones síncronas con control de tono infinito.

Eelco van der Wal, director general de PLCOpen, dice: "La industria del embalaje debe reaccionar rápidamente a los cambios en el comportamiento del consumidor proporcionando tecnologías de embalaje alternativas. Esto debe hacerse con máquinas más flexibles en sus líneas de producción. Y para proporcionar esta flexibilidad, se debe ir más allá de las soluciones mecánicas a alternativas mecatrónicas".

Forsgren está de acuerdo. "Consideraría que la mecatrónica brinda la flexibilidad para implementar rápidamente cambios de formato". Los sistemas mecatrónicos son mucho más flexibles que los sistemas mecánicos. Especialmente en la forma en que los usuarios interactúan con el sistema a través de la interfaz hombre-máquina (HMI).

"Los HMI han evolucionado bastante", dice Forsgren. "Esencialmente, los clientes exigen más de la HMI que en el pasado. Los cambios en la aplicación deben manejarse con un simple cambio de parámetro en la HMI en lugar de un cambio de programación que requiere que el personal acceda al controlador. También está la evolución continua hacia una interfaz más moderna: piense en la generación del iPad".

Forsgren ve un movimiento acelerado hacia tecnologías mecatrónicas inteligentes que brindan la flexibilidad que exigen los fabricantes para cumplir con los cambios constantes de formato y material de empaque. Los usuarios finales quieren máquinas que satisfagan sus necesidades cambiantes durante muchos años. También quieren limitar el tiempo de inactividad para los cambios. Las máquinas que proporcionan autoanálisis de las piezas de desgaste y pueden reducir el tiempo de inactividad no planificado para reparaciones y mantenimiento también están ganando popularidad.

Yendo más allá, las máquinas que están compuestas por dispositivos IIoT pueden recopilar datos sobre la operación, el estado de la máquina y los requisitos de mantenimiento en sí mismos e informar esos datos directamente a servidores locales o servidores basados ​​en la nube, de modo que los datos se puedan acumular en un gran " lago de datos" de información sobre la línea de envasado y su maquinaria.

Forsgren dice: "Yo vería a IIoT como un grupo de datos mucho más grande. La conectividad con los sistemas mecatrónicos solo puede brindarnos mucho. ¿Qué sucede fuera de la máquina?". Por ejemplo, ¿cuáles son las condiciones ambientales? Continúa: "¿Qué sucede aguas arriba y aguas abajo de las operaciones individuales en una línea de envasado? ¿Qué pasa con la calidad de la energía?

Es el análisis de los datos recopilados en gran medida por las tecnologías IIoT lo que le brinda al fabricante la información que necesita para optimizar sus algoritmos de control.

IIoT proporciona conectividad a muchos puntos de datos dentro, y posiblemente fuera, de un sistema”, continúa Forsgren. “Creo que los fabricantes están interesados ​​en ambos. Es el análisis de los datos recopilados en gran medida por las tecnologías IIoT lo que le brinda al fabricante la información que necesita para optimizar sus algoritmos de control. Ciertamente, algunos de los datos utilizados para la optimización pueden provenir directamente de los dispositivos mecatrónicos, pero es dentro del contexto de los datos recopilados de un sistema completo donde se deriva el conocimiento realmente valioso". Esto es lo que los proveedores y expertos llaman Industria 4.0.

Puede que el uso de la IA (inteligencia artificial) no esté nada lejos. Las nuevas aplicaciones de mantenimiento de dispositivos de UReason en realidad usan algunas funciones de IA para proporcionar aprendizaje automático a medida que la bomba o la válvula acumulan ciclos de trabajo. La recopilación de los datos necesarios para optimizar el rendimiento del dispositivo es el vínculo fundamental del IIoT con la máquina de embalaje. ¡Aplicaciones como UReason y otro software configurable de "código bajo", como Ignition! de Inductive Automation, haga que sea práctico pasar a la Internet industrial de las cosas sin un departamento completo lleno de científicos de datos. Éste es el punto clave.

Las máquinas de embalaje son geniales, en sí mismas. Eso es cierto, pero están diseñados y fabricados para mejorar los resultados de la empresa. Si puede aumentar el tiempo de actividad con mantenimiento prescriptivo y análisis y predicción de fallas basados ​​en IA, puede agregar directamente a la línea de fondo.

Es la combinación de líneas de empaque basadas en mecatrónica, dispositivos IIoT y la capacidad de almacenar y usar los datos que se pueden extraer directamente de las propias máquinas de empaque lo que es la aplicación revolucionaria.

Es la combinación de líneas de empaque basadas en mecatrónica, dispositivos IIoT y la capacidad de almacenar y usar los datos que se pueden extraer directamente de las propias máquinas de empaque lo que es la aplicación revolucionaria. Cuando agrega información al lago de datos desde el interior y el exterior de la línea de envasado, puede tomar decisiones sobre la duración de la tirada. Si puede optimizar la operación de la línea de empaque y agregarle información de la demanda del cliente, puede optimizar toda la cadena de suministro, aumentar los ingresos y disminuir el tiempo de inactividad.

Esto es lo que nos puede dar el futuro de la Industria 4.0.

El control conectado de las líneas de envasado, o cualquier sistema de control de planta, abre la planta a una mayor amenaza de ciberataque. Hay muchas estrategias de mitigación que pueden y deben emplearse.

Pero la ciberseguridad en la planta y a nivel de máquina es diferente de la ciberseguridad basada en TI. Como Joe Weiss de Applied Control Solutions ha dicho durante años, los dispositivos de campo y los controladores de borde generalmente no están protegidos contra la intrusión cibernética. Esto estuvo bien cuando trabajábamos con interruptores, sensores simples y relés, incluso controladores lógicos programables (PLC). Pero a medida que los dispositivos de campo se han vuelto más inteligentes y los controladores de campo se han vuelto más conectados, ha habido problemas.

Cuando sus sensores de movimiento de efecto Hall se conectan directamente a la implementación del Internet industrial de las cosas en su planta, ahora se vuelven vulnerables. Y te vuelves vulnerable a malware como Stuxnet, que fue diseñado para interferir con la forma en que se usaban los sensores y dispositivos para controlar las centrifugadoras de enriquecimiento de uranio en Irán.

Una de las características de las líneas de envasado mecánicas es que no son inteligentes. Simplemente hacen sus trabajos asignados y no retienen datos, solicitan información de programación ni son capaces de falsificar sus entradas y salidas. Usted sabe que la señal que proviene de un sensor de posición, un sensor de velocidad o un dispositivo similar es precisa y no puede ser modificada por un mal actor. Las líneas de envasado mecatrónicas no son mucho más inseguras. Es cuando conecta la línea de envasado a la red de la planta y al Internet Industrial de las Cosas que comienzan los problemas.

¿El valor de las mejoras a sus sistemas supera el potencial de daño cibernético a esos sistemas? ¿Vale la pena el rendimiento, el rendimiento, la flexibilidad y el aumento del tiempo de actividad mejorados por el daño potencial cibernético?

El ex subdirector de seguridad cibernética del Departamento de Seguridad Nacional, Marty Edwards, solía decir: "Si no quiere que le roben sus datos, no los conecte a Internet". Pero hay una decisión importante que tomar. ¿El valor de las mejoras a sus sistemas supera el potencial de daño cibernético a esos sistemas? ¿Vale la pena el rendimiento, el rendimiento, la flexibilidad y el aumento del tiempo de actividad mejorados por el daño potencial cibernético?

Tendrás que decidir eso por ti mismo.

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