Gestión de datos de piso de producción
Introducción a gestión de datos de piso de producción
Este artículo está escrito para los ingenieros y administradores que trabajan con componentes y partes en los ambientes de diseño y manufactura. Examina el potencial de la tecnología Product Lifecycle Management (PLM) para la gestión de datos de piso de producción.
En el mundo virtual de diseño e ingeniería de manufactura, PLM ha suministrado exitosamente administración de información incluyendo flujos de trabajo administrados, manejo flexible de configuración, administración de cambio, y control robusto de versiones y acceso. Para las compañías involucradas en operaciones globales, esta capacidad se puede extender a lo ancho de sitios múltiples, soportando a firmas asociadas y a decenas de miles de usuarios al entregar conjuntos de datos consistentes con información de estatus confiable. Una implementación exitosa remplaza los costos o retrasos de la incertidumbre con la certeza de que la información correcta está disponible para cada tarea y decisión.
No obstante, conforme la información progresa al mundo físico del piso de producción, en muchas organizaciones el régimen de gestión de información se hace más fragmentado. De alguna manera, la complejidad de la información, el efecto de soluciones de punto en el piso de producción y otras conexiones de sistema de negocios, tales como ERP u otros sistemas de lista de materiales y calenzarización, se han combinado de forma tal que la operación fluida depende de intervenciones constantes para resolver complicaciones en la consistencia de datos.
¿Podría configurarse un sistema PLM con un modelo de datos de manufactura para crear una fuente única de información que eliminase estos problemas? En este documento, el conjunto total de información usada en el piso de producción para definir cada acción y recurso necesario para hacer un producto se denominará ‘plan de fabricación’. Un programa NC (control numérico) - el software para controlar máquinas de producción automáticas - es un componente del plan de manufactura, y como uno de los ítems más demandantes para manejar, se usará como ejemplo central.
Eficiencia y flexibilidad en manufactura
El piso de producción está en la intersección de dos de los procesos más importantes de un negocio de manufactura. La ‘Introducción de Producto’ es el proceso que comienza con necesidades del mercado e ideas, y progresa con estas hacia un lanzamiento de producto. ‘Operaciones’ es el proceso que convierte las órdenes en productos y servicios entregados a los clientes.
Los fabricantes deben de encontrar constantemente la concertación óptima entre objetivos en competencia. Los más bajos costos de unidad de piso de producción se pueden lograr en un ambiente de cambio mínimo, con largas corridas con tamaños grandes de lotes, mezclas de productos estables, y automatización específica de producto. No obstante, la comptetitividad de mercado demanda productos nuevos, adaptación y respuesta rápida, los que en conjunto requieren corridas cortas con lotes pequeños, mezclas de productos impredecibles y activos flexibles en vez de automatización hecha a bajo nivel (hardwired).
Como resultado, la mayoría de los pisos de producción son sitios de cambio continuo. Los activos de producción existentes se actualizan, reconfiguran y ajustan para mejorar la eficiencia, optimizar la flexibilidad y satisfacer nuevas demandas de fabricación. Se adquieren nuevos activos, los que se comisionan para integrar o cambiar la capacidad y facultades. Nuevas relaciones con proveedores, asociados y clientes resultan en nuevos procedimientos en el piso de producción. Diversos sitios se pueden distribuir geográficamente, y el negocio podrá necesitar cambiar el conjunto de producto que se fabrica en cada sitio.
Así, no solo los productos nuevos desencadenan los planes de fabricación nuevos o revisados. Cada cambio de maquinaria, herramientas, estándares o acuerdos con proveedores y clientes podrá requerir el ajuste de los planes de fabricación. Cada plan de fabricación nuevo revisado deberá de revisarse y probarse antes de liberarse para uso en el piso de producción.
Este flujo de información de fabricación actualizada es incesante. Los elementos constituyentes de un plan de fabricación se liberan al piso de producción desde fuentes diversas usando sistemas diferentes. Los número de versión incluidos en los datos, tal vez combinados con documentos separados, identifican qué va con qué. Una instalación de producción ágil y responsiva deberá de tener la capacidad de absorber y usar la información. Con todo, suele ocurrir que hay incertidumbre y a veces errores. ¿Acaso la instalación nueva de sujeción se va a usar con todas las partes ya existentes de la instalación anterior, o con solo algunas de estas? Se necesitan comunicaciones ad‑hoc adicionales para resolver las ambigüedades, y esto resulta en costos y demoras.
Las personas de producción en todos los niveles de los equipos de gerencia hasta los operadores siempre deberán de tener la capacidad de encontrar información completa y consistente para la producción presente, pasada, y futura. Si se maneja de acuerdo a un modelo de datos de manufactura, el plan de manufactura proporcionará conjuntos de información actualizados, consistentes y completos que pueden ser consultados para proporcionar contexto claro respecto a de dónde vinieron los datos, y a qué cosas aplican.
El control numérico directo o distribuido (DNC)
En los primeros días de los controladores de máquina NC, la memoria solía ser un limitante – el controlador no tenía suficiente memoria para manejar programas NC extensos. El uso de una computadora separada para alimentar el programa al controlador un bloque a la vez conseguía mejor automatización que operadores cargando cintas de papel. Esto era Direct Numerical Control o DNC. Pero la computadora fuente generalmente no era capaz de manejar más de un control de esta forma. La red resultante también era conocida como DNC, lo que ahora significa ‘control numérico distribuido’.
Viniendo de estos comienzos guiados por la tecnología, los sistemas DNC desarrollaron almacenamiento de programas NC y capacidades de administración. Muchos sistemas DNC también permiten el almacenamiento de tipos de archivos adicionales, pero la sincronización de DNC con otros sistemas, y mantener la consistencia con el fujo de la información a través de otros canales, no resulta siempre tan fácil, y las discrepancias causan problemas. Por ejemplo, si bien los programas NC podrán entregarse a la fábrica como archivos de datos, la información relacionada de configuración de herramientas podrá imprimirse y enviarse a un almacén de herramientas. Las instalaciones podrán ser referidas o definidas en diagramas de etapas que residen con los planes de producción.
La administración de versiones de toda esta información es vital. Sin embargo, en el caso de los programas NC hay puntos adicionales a considerar. Los programas NC se crean o cambian a cargo de un equipo de ingeniería de manufactura. Esto suele implicar el tomar datos de un sistema de diseño asistido por computadora (CAD) y moverlo hacia software de manufactura asistida por computadora (CAM), el cual se usa para diseñar y generar el programa NC. Los programas NC también se pueden crear o cambiar en la fábrica usando instalaciones de controladores de máquina. Las formas intermedias de cada programa NC podrán ser mantenidas para ‘post‑procesamiento’ posterior, una traslación que convierte una forma del programa que es neutral respecto a controlador hacia la forma exacta que requiere un controlador específico. Entonces, podrán existir múltiples ‘formatos’ de cada versión de un programa NC. Adicionalmente, un programa NC completo para un centro de maquinado podrá estructurarse dando lugar a archivos múltiples, y ciertos cambios no afectarán a todos los archivos - de forma que el programa en función consiste de una mezcla de versiones de archivos.
Producción distribuida
Los ingenieros que desarrollan el plan de manufactura deberán de usar activos existentes o justificar la inversión en activos nuevos para optimizar el desempeño en costo de la producción de acuerdo a los volúmenes de producción esperados. Siendo que los sitios remotos y activos de producción se están haciendo más integrados, se pueden resolver menos complicaciones en el piso de producción. Por lo tanto el plan de manufactura debe de prever todas las posibilidades, propiciar alternativas (tales como tamaños de lote diferentes y partes alternativas) y proporcionar instrucciones respecto a qué hacer si, por ejemplo, una celda de trabajo del material que es primera opción no está disponible.
La necesidad de gestión de información
Los equipos de administración de piso de producción invierten en sistemas y herramientas para una producción eficiente y flexible. En el área de gestión de datos, los sistemas DNC se usan ampliamente para proporcionar un nivel básico de capacidad. Empero, la solución DNC podrá tener que trabajar en paralelo con otros sistemas de archivado. Esto puede forzar prácticas de trabajo complejas, porque cualquier inconsistencia es proclive a causar retrasos, paradas y reprocesos.
Una capacidad de gestión de información más completa podría simplificar las prácticas de trabajo al proporcionar soporte automático e incorporado para control de acceso de datos y flujos de trabajo. Si este se estructura como una fuente de datos única, entonces las dificultades de mantener múltiples fuentes de dato a tiempo se resuelven de inmediato. PLM proporciona estas capacidades en el mundo virtual del diseño e ingeniería de manufactura. ¿Tiene acaso la capacidad de soportar las necesidades de producción?
PLM para el piso de producción
Prácticamente en todo piso de producción, existen máquinas independientes, operadas manualmente que se actualizan y remplazan para crear celdas enlazadas, automatizadas e integradas. Incluso una máquina ‘de operación manual’ podrá tener un sistema de control electrónico capaz de permitir que un operador use un navegador web para acceder a las páginas web que mantiene para reportar estatus, y soportar monitoreo y control remotos.
Un sistema DNC en una fábrica proporciona administración de información básica, especialmente para los programas NC, en este ambiente. Sin embargo, es posible extender la tecnología PLM para cubrir esta función. Una metodología basada en PLM se cimentará en un modelo de datos de manufactura que defina las relaciones y procedimientos particulares necesitados por la organización usuaria, y ayudará a entregar un rango más amplio de información a los operadores, habilitando una respuesta más rápida y mejor toma de decisiones.
La extensión de PLM al piso de producción abre nuevas posibilidades, por ejemplo, la eliminación de datos duplicados, y mejor administración de flujo de trabajo desde el diseño llegando hasta la manufactura. La integración de ‘cambios de manufactura’ al ambiente administrado usado para diseño e ingeniería de manufactura potencialmente habilita un mejor bucle de retroalimentación, así como comunicación más rápida y efectiva entre el personal del piso de producción y los ingenieros de diseño y manufactura que trabajan en los productos y procesos. Los ambientes regulados podrán necesitar capacidades PLM para implementar los niéveles requeridos de control de acceso, seguridad, bitácoras de cambios y todo lo demás que se requiere para un rastro de auditoría. En una iniciativa de negocios que busque vincular las órdenes a la producción, el ambiente integrado podrá permitir al lado que procesa las órdenes el ignorar los números de revisión, porque esta información se puede recuperar automáticamente por parte del sistema PLM. Esta visión es sencilla para describir. No obstante, la extensión de PLM al piso de producción puede ser frenada tanto por el escenario macro así como por detalles prácticos.
Preguntas a formular
Los equipos de administración tienen que ser muy cuidadosos acerca del escenario macro de toda la tecnología usada para sustentar la producción. ¿Esta es 24/7? Depende de comunicaciones o equipo externo, o se la puede configurar para mantener una copia local de los datos necesarios para la producción? Existe suficiente control local para poder manejar los problemas? Estos aspectos son fundamentales para la resiliencia de las operaciones de producción.
Los detalles prácticos también resultan cruciales. Las ventajas de una única fuente de datos se comprenden bien. Pero los detalles exactos de acceso a estos datos también podrán ser muy significativos. Muchas fábricas contendrán un rango de tipos de máquinas y controladores, algunas y algunos antiguos, otros viejos. Se requiere flexibilidad en la implementación. Por ejemplo, muchos controladores de máquina modernos tienen capacidades de ‘navegador’, y debiera de ser posible escoger el uso de estos navegadores incorporados para acceder a la base de datos. Al mismo tiempo, debe de ser posible escoger controlar otras máquinas vía una PC cercana. En ambos casos, es esencial que el rango y estilo de interacción sean los apropiados para uso en el piso de producción. Para que la visión PLM de información integrada, gestionada y consistente llegue al mundo físico de producción, sus pantallas, conceptos, comandos y desempeño habrán de ajustarse a la cultura, capacidad y expectativas del personal del piso de producción.
Conclusión
Cada usuario o comprador de tecnología DNC debiera de considerar la tecnología PLM para su uso en el piso de producción. No todos los proveedores de PLM pasarán las pruebas de ‘escenario macro’ y ‘detalles’ como se indica arriba. Pero si la tecnología está lista para el ‘piso de producción’, entonces PLM ofrece la formidable combinación de la simplificación - un sistema único para gestionar la información de diseño y manufactura, y flexibilidad – flujos de trabajo e interfaces configurables y personalizables. Esta combinación puede posicionar a PLM como la base tecnológica para iniciativas de manufactura más avanzadas.
