Fábricas virtuales: gemelos digitales de las factorías en busca de una nueva revolución industrial

Una fábrica de máquinas de afeitar eléctricas en Drachten (al norte de los Países Bajos), se prepara para unas pruebas que ayudarán a la industria europea a prosperar en los mercados internacionales, cada vez más competitivos. Esta factoría, dirigida por la empresa de electrónica de consumo Philips, participa en un proyecto de investigación financiado por la Unión Europea (UE) cuyo propósito es alentar a los fabricantes a utilizar gemelos digitales; es decir, fábricas virtuales creadas con tecnologías destinadas a optimizar los procesos actuales de producción.

La idea es utilizar técnicas como la computación en la nube, la inteligencia artificial, la robótica y la tecnología blockchain para crear modelos de procesos de fabricación e identificar los aspectos susceptibles de mejora. “La industria atraviesa una fase de transición y las tecnologías digitales pueden ser de ayuda”, afirma Cécile Girardot, coordinadora de la iniciativa DIMOFAC, en marcha hasta marzo de 2024: “Los gemelos digitales aportan datos en tiempo real que pueden mostrar, en el plano virtual, el rendimiento de las máquinas en el mundo real”.

El sector manufacturero europeo, con un valor de 5.000 millones de euros y con pesos pesados a nivel global en áreas como la aviación, el acero, la automoción o los productos químicos, debe lidiar con fabricantes orientados a la exportación en el extranjero y con normas medioambientales más exigentes dentro de la UE. A estos dos retos subyacentes hay que añadir los repuntes de los precios de la energía tras la invasión rusa de Ucrania en febrero de 2022 y las interrupciones de la cadena de suministro provocadas por la pandemia de covid dos años antes.

La UE ha creado una asociación público-privada de 1. 150 millones de euros denominada Fábricas del Futuro (Factories of the future, en inglés) para promover la investigación y la innovación en el ámbito de la producción, lo que deja patente la importancia de esta cuestión en la agenda política comunitaria. Está en juego la capacidad de las empresas europeas para adaptarse a lo que se ha dado en llamar la cuarta revolución industrial, o industria 4.0, una era caracterizada por la automatización y la conectividad.

El concepto de fábrica virtual va ganando terreno en Europa. La empresa aeronáutica Airbus o la experta en equipos eléctricos Schneider Electric exploran conceptos de gemelo digital y establecen plantas de producción virtuales. Desde que arrancó a finales de 2019, DIMOFAC ha desarrollado un sistema para agilizar los procesos de fabricación denominado plug-and-produce (enchufar y producir, en inglés), el cual facilita la reconfiguración de líneas de producción vinculando maquinaria real a sus correspondientes gemelos digitales.

Gracias a este sistema, un fabricante puede simular una nueva configuración de forma virtual y solventar cualquier problema en línea antes de instalar el equipo en una fábrica real. Pueden surgir problemas de producción, por ejemplo, si se utilizan materias primas recicladas cuyas propiedades no sean siempre idénticas, como explica Girardot, que coordina los proyectos europeos sobre materiales avanzados y fabricación en el instituto francés de investigación CEA-Liten: “En estos casos es necesario adaptar la producción. Cuanto antes se haga, mejor. El objetivo principal es reducir los tiempos de reconfiguración”.

El sistema plug-and-produce del proyecto se pondrá a prueba en cinco plantas de producción reales repartidas por Europa. Además de las máquinas de afeitar eléctricas de Países Bajos, están los componentes aeroespaciales fabricados por Éirecomposites en Irlanda y las pantallas interactivas que produce Schaltag en Suiza. La tecnología se está aplicando en los cinco emplazamientos y los resultados se esperan durante el primer trimestre de 2024. DIMOFAC ha logrado reunir un amplio abanico de conocimientos industriales especializados gracias a sus 30 socios, entre los que se incluyen Siemens Industry Software (Francia), la empresa de ingeniería mecánica FILL (Austria) y EXOM Engineering (España).

Coordinar mejor diseño y fabricación

FIRST, otro proyecto financiado con fondos de la UE que ha acercado un poco más el futuro de las fábricas digitales, ha estudiado cómo estas pueden aumentar la eficiencia en los centros de producción distribuidos en distintas ubicaciones. Los nuevos diseños y procesos desarrollados por FIRST facilitarán la colaboración, según afirmó Lai Xu, coordinadora de la iniciativa que finalizó en diciembre de 2022 tras seis años de andadura. “En el pasado, las plantas de producción solían estar bastante aisladas”, señala Xu, que es además profesora adjunta en la Universidad de Bournemouth (Reino Unido) y trabaja en procesos de colaboración empresarial y empresas virtuales.

Según Xu, el propósito de FIRST era identificar los escollos y obstáculos que podían dificultar el uso de tecnologías de fábrica virtual y desarrollar estrategias para superarlos. Los socios del proyecto (un total de siete) eran fabricantes, empresas de software y universidades y procedían de países como Alemania, Italia, Países Bajos y China. Xu se muestra optimista con respecto a lo que los gemelos digitales pueden ofrecer a la industria en los planos empresarial y medioambiental. Por ejemplo, utilizando un modelo digital del proceso de producción completo, una empresa podría diseñar un par de zapatos en París o Milán y coordinar su fabricación y venta a nivel global.

Haciendo uso de la tecnología blockchain, una red de tecnología de la información podría conectar a todos los socios (tiendas, diseñadores, empresas de logística y fabricantes) y enviarles información sobre qué se necesita, dónde y cuándo. “El zapato a medida puede diseñarse en un lugar y fabricarse en otro, lo que se traduce en un proceso de fabricación más eficiente y flexible y en un menor impacto medioambiental”, apunta Xu. Con las tecnologías de fábrica virtual no es necesario jugar al todo o nada. Los fabricantes pueden adoptar algunos aspectos para mejorar procesos sin tener que comprometerse a una implantación integral. Esta puntualización puede ser importante para muchas pequeñas y medianas empresas del sector manufacturero europeo, que no poseen los recursos necesarios para transformar sus sistemas por completo.

Las tecnologías de fábrica virtual también pueden ayudar a las empresas a gestionar de manera más eficiente los procesos de mantenimiento de maquinaria compleja, con el ahorro de costes que ello supone. “Los sensores alrededor de las máquinas recogen datos que permiten programar cuándo se debe enviar a un ingeniero para repararlas”, indica Xu. Como prueba de la creciente importancia de las tecnologías de fabricación virtual, la coordinadora de FIRST avanza que el consorcio está buscando financiación de la UE y de distintos países para realizar nuevos avances en este campo.

La investigación descrita en este artículo ha sido financiada con fondos de la UE. Artículo publicado originalmente en Horizon, la Revista de Investigación e Innovación de la Unión Europea.

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