AIDIMME pone en marcha un piloto demostrativo de un proceso de barnizado de piezas planas de mobiliario con dos sensores virtuales para la medición en tiempo real de la viscosidad del barniz y el gramaje aplicado
AIDIMME está trabajando en el proyecto de investigación y desarrollo VirtualSense, “Diseño de sensores virtuales para el control de parámetros de máquina en tiempo real”.
Resumen conceptual del proyecto VirtualSense
La integración de nuevas tecnologías en los procesos productivos, encaminadas a la impulsión del concepto de la Industria 4.0, ha acrecentado la necesidad de captura de datos en planta. Datos que en diferentes capas de análisis son transformados, reducidos, y puestos a disposición de Directores de planta, de operaciones, Responsables de procesos, de producción, Encargados de máquinas, y en última instancia operarios.
A nivel de procesos de fabricación, muchos de estos datos son medidos por las propias máquinas, o es posible instalar sensores para su medición. En otros casos, el dato se genera en el ERP de la empresa. En ambos casos, se trata de datos que son accesibles. Sin embargo, existen diferentes parámetros con gran impacto en un proceso productivo para los que o bien no existe un dispositivo sensor capaz de medir, o bien existe el sensor pero no se puede utilizar por condiciones inherentes al proceso productivo.
Es en éste tipo de situaciones donde los sensores virtuales cobran una importancia vital, pues permiten medir el parámetro deseado, mediante una estimación matemática, a partir de medidas de otros parámetros secundarios relacionados directamente con la variable que se desea conocer.
Con el proyecto VirtualSense se va a llevar a cabo el diseño y desarrollo de sensores virtuales para la medición de parámetros clave de los procesos productivos de los sectores madera-mueble y metalmecánico, para los que en la actualidad no existe una opción viable de medición.
Piloto demostrativo para procesos de fabricación de mobiliario
El proyecto cuenta con dos pilotos que permitirán la validación de los resultados del proyecto. Uno de estos dos pilotos se centra en los procesos de acabado de fabricación de piezas de mobiliario, concretamente el barnizado. En la actualidad, la calidad final del mueble depende en gran medida de la calidad del barnizado, donde hay que controlar de forma precisa el gramaje aplicado a una pieza.
En la actualidad, el gramaje real aplicado se conoce una vez barnizada una pieza por diferencia de peso entre la pieza sin barnizar y ya barnizada. Esto requiere de un sistema de pesaje al inicio y al final de una línea de barnizado, lo que implica costes por las nuevas operaciones de pesado (manual o automático), y tiempos adicionales de pesaje que aumentarían el tiempo de ciclo del proceso y por tanto reducirían la capacidad de producción de la línea. Por tanto, es un parámetro que se mide de forma puntual y estadística, para algunas muestras de un mismo lote de producción.
Dentro del proyecto VirtualSense se ha llevado a cabo un estudio de aquellos parámetros que influyen en el gramaje aplicado a una pieza con diferentes tecnologías de aplicación: pistola aerográfica (sistema manual), sistema de cortina y sistema de rodillos.
Por ejemplo, para un máquina barnizadora por sistema de rodillos se ha identificado que las variables que habría que medir para conseguir calcular el gramaje aplicado son: la velocidad del rodillo aplicador, la dureza del rodillo, el grado de acabado del rodillo, el nivel de deterioro del rodillo, la velocidad del tapiz, el espesor de la pieza a barnizar, la distancia entre rodillos, y la viscosidad del barniz aplicado.
Todos estos parámetros pueden llegar a ser medidos en la máquina excepto la viscosidad del barniz. Se trata de otro parámetro que no se puede medir en tiempo real, sino mediante ensayos de laboratorio (conocidos como ensayos de copa Ford), y que por su laboriosidad se realizan de forma puntual y manual.
Por tanto, dentro de éste piloto se van a desarrollar dos sensores virtuales, tal y como se muestra en la figura.
El primer sensor virtual calculará la viscosidad del barniz a partir de la viscosidad teórica del barniz (en condiciones normales, 23ºC y 50%Hr) y la temperatura real del barniz durante el proceso de fabricación. El segundo sensor virtual tomará como input el resultado del sensor virtual anterior (viscosidad) junto con medidas sobre la máquina: velocidades de rodillo y tapiz, dureza, acabado, deterioro y distancia entre rodillos, así como espesor de la pieza. El resultado final es el cálculo del gramaje aplicado a una pieza.
Para ello, se va a monitorizar una máquina de barnizado por sistema de rodillos, instalando un sistema de sensores y captura de datos, y trabajando con diferentes tipos de piezas y barnices durante un tiempo suficiente para generar un conjunto de datos, que permitan entrenar diferentes algoritmos de machine learning para calcular el gramaje aplicado a una pieza.
El proyecto VirtualSense permitirá con éste primer piloto calcular, sin afectar al proceso actual de barnizado, la viscosidad y el gramaje aplicado en tiempo real y pieza a pieza, pudiendo anticipar problemas y desviaciones de calidad, que de otro modo solo son detectadas a posteriori tras la fabricación de todo un lote completo.
De este modo, la iniciativa Virtual Sense potenciará los habilitadores digitales de la industria 4.0 para los sectores valencianos del mueble y el metalmecánico mediante el desarrollo de sensores software (virtuales) en función de las características del proceso (parametrizable) y sus variaciones (adaptativo).
En próximos artículos se expondrán los resultados del piloto llevado a cabo a cabo para procesos del barnizado de piezas de mobiliario, así como se introducirán las principales características del piloto que se va a llevar a cabo en procesos de producción del sector metalmecánico.
El proyecto de investigación y desarrollo “VIRTUAL SENSE – “Desarrollo de sensores virtuales para procesos de fabricación metalmecánicos y de mobiliario”, está financiado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial, IVACE, y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, FEDER, hasta junio de 2021.
Autor: Juan del Agua
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Poyecto que cuenta con el apoyo de
VIRTUALSENS – DISEÑO DE SENSORES VIRTUALES PARA EL CONTROL DE PARÁMETROS DE MÁQUINA EN TIEMPO REAL
Número de proyecto: 22000059
Expediente: IMDEEA/2020/27
Duración: Del 01/04/2020 al 30/06/2021
Coordinado en AIDIMME por: SÁNCHEZ ASINS,JOSÉ LUIS
Línea de I+D: INDUSTRIA 4.0
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