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

Walt Boyes | 12 de marzo de 2023

No todas las operaciones de envasado pueden permitirse o aprovechar lo último en tecnología. Pero el embalaje manual y semiautomático sólo puede ayudarle hasta cierto punto desde el punto de vista de la productividad y el rendimiento.

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

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

"Dado que la mecatrónica es una combinación de sistemas mecánicos y eléctricos, tradicionalmente esto se ha centrado en el motor", afirma Rick Forsgren, director de desarrollo empresarial de la industria del embalaje 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 la máquina".

Esto incluiría sistemas como los sistemas de seguimiento inteligentes XTS de Beckhoff o los motores de levitación magnética XPlanar, explica Forsgren.

Con sistemas como estos, señala Forsgren, las empresas pueden aprovechar perfiles de movimiento asincrónicos 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, eficiencia o visualización de paquetes múltiples. requisitos listos.• Crear combinaciones de cualquier producto o grupo con un simple cambio de software (sin cambios de herramientas).• Cambiar instantáneamente el formato o tamaño del paquete sin ningún tiempo de inactividad.• Crear paquetes arcoíris de cualquier combinación.• Limitar o eliminar el almacenamiento en búfer entre funciones coordinando transferencia de transmisiones asíncronas a transmisiones síncronas con control de tono infinito.

Eelco van der Wal, director general de PLCOpen, afirma: “La industria del embalaje debe reaccionar rápidamente a los cambios en el comportamiento del consumidor proporcionando tecnologías de embalaje alternativas. Esto debe hacerse mediante máquinas más flexibles en sus líneas de producción. Y para ofrecer esta flexibilidad, es necesario ir más allá de las soluciones mecánicas y optar por alternativas mecatrónicas”.

Forsgren está de acuerdo. "Considero que la mecatrónica proporciona 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).

"Las HMI han evolucionado bastante", afirma Forsgren. “Básicamente, los clientes exigen más 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 proporcionan la flexibilidad que exigen los fabricantes para satisfacer los cambios constantes de formato y material de embalaje. Los usuarios finales quieren máquinas que satisfagan sus necesidades cambiantes durante muchos años. También quieren limitar el tiempo de inactividad para los cambios. También están ganando popularidad las máquinas que proporcionan autoanálisis de piezas de desgaste y pueden reducir el tiempo de inactividad no planificado para reparaciones y mantenimiento.

Yendo más allá, las máquinas que están compuestas por dispositivos IIoT pueden recopilar datos sobre el funcionamiento, el estado de la máquina y los requisitos de mantenimiento por sí mismas 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 consideraría el IIoT como un conjunto de datos mucho mayor. La conectividad con los sistemas mecatrónicos no puede aportarnos mucho. ¿Qué está pasando fuera de la máquina? Por ejemplo, ¿cuáles son las condiciones ambientales? Y continúa: “¿Qué sucede antes y después de cada operación 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 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 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 dispositivos mecatrónicos, pero es en el 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 utilizan algunas funciones de IA para proporcionar aprendizaje automático a medida que la bomba o válvula acumula ciclos de trabajo. La recopilación de los datos necesarios para optimizar el rendimiento del dispositivo es el vínculo vital del IIoT con la máquina de envasado. Aplicaciones como UReason y otro software configurable de “código bajo”, como Ignition! de Automatización Inductiva, hacen que sea práctico pasar al Internet Industrial de las Cosas sin un departamento completo lleno de científicos de datos. Éste es el punto clave.

Las máquinas envasadoras son geniales en sí mismas. Eso es cierto, pero están diseñados y construidos 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 contribuir directamente al resultado final.

La combinación de líneas de envasado basadas en mecatrónica, dispositivos IIoT y la capacidad de almacenar y utilizar los datos que se pueden extraer directamente de las propias máquinas de envasado es la aplicación innovadora. Cuando agrega al lago de datos información tanto del interior como del exterior de la línea de envasado, puede tomar determinaciones sobre la longitud del tiraje. Si puede optimizar la operación de la línea de embalaje 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 ofrecer el futuro de la Industria 4.0.

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

Pero la ciberseguridad en la planta y a nivel de las máquinas 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 ciberintrusión. Esto estaba bien cuando tratábamos 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 conectado más, han surgido problemas.

Cuando sus sensores de movimiento de efecto Hall están conectados 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 sensores y dispositivos para controlar las centrífugas de enriquecimiento de uranio en Irán.

Una de las características de las líneas de envasado mecánicas es que no son inteligentes. Simplemente hacen el trabajo asignado y no retienen datos, no solicitan información de programación ni son capaces de falsificar sus entradas y salidas. Usted sabe que la señal proveniente de un sensor de posición, un sensor de velocidad o un dispositivo similar es precisa y un mal actor no puede cambiarla. Las líneas de envasado mecatrónico no son mucho más inseguras. Es cuando se conecta la línea de envasado a la red de la planta y al Internet industrial de las cosas cuando comienzan los problemas.

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

El ex subdirector de ciberseguridad del Departamento de Seguridad Nacional, Marty Edwards, solía decir: "Si no quieres que te roben tus datos, no los conectes a Internet". Pero hay que tomar una decisión importante. ¿El valor de las mejoras a sus sistemas supera el potencial de daño cibernético a esos sistemas? ¿Vale la pena el potencial de daño cibernético por la mejora del rendimiento, la productividad, la flexibilidad y el mayor tiempo de actividad?

Tendrás que decidirlo por ti mismo.

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