05.06.2024
Una fábrica de aprendizaje
Esto es lo que representa la Global Production Learning Factory del laboratorio de tecnología de producción del Instituto de Ingeniería de Producción (wbk) del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT). No es solo un lugar de aprendizaje para los estudiantes, sino que también reúne a la ciencia y la industria y es el punto de partida de una colaboración innovadora.
Josip Kopcic conoce bien la región de Karlsruhe. La razón: desde hace casi 10 años se ocupa de esta zona para Balluff como representante de ventas. También conoce bien el laboratorio de tecnología de producción del Instituto de Ingeniería de Producción (wbk) del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT). Allí se encuentra la Global Production Learning Factory, un entorno de demostración y aprendizaje de nuevas tecnologías y procesos en el contexto de la producción. Kopcic apoya al equipo de la Learning Factory con sus conocimientos técnicos, como jurado en el hackathon anual y aportando soluciones de automatización de Balluff.
Punto de partida para una colaboración innovadora
El Instituto wbk de Tecnología de la Producción tiene una larga historia. Fundado en 1952 por el profesor Dr. Walter Schmidt, su desarrollo refleja el progreso tecnológico e industrial de las últimas décadas. Como parte del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), se ha fijado como objetivo la investigación orientada a la aplicación de nuevas técnicas de producción y el desarrollo de nuevas tecnologías. Se divide en tres grandes áreas de investigación: "Sistemas de producción", "Máquinas, sistemas y automatización de procesos" y "Tecnología de fabricación y materiales". Cuando Josip Kopcic se dejó caer por aquí en 2015 con el estándar de comunicación IO-Link para una producción más flexible y eficiente en su equipaje, fue el punto de partida de una colaboración innovadora.
Los estudiantes pueden experimentar sistemas de producción complejos a través de la fábrica de aprendizaje y recopilar datos para sus trabajos de investigación.
Vincular teoría y práctica
Gisela Lanza, Directora del Instituto de Sistemas de Producción de wbk, explica la idea básica de la Factoría de Aprendizaje de la siguiente manera: "Los estudiantes deben disponer de un lugar donde puedan poner en práctica e investigar sus cuestiones teóricas sobre la tecnología de producción del futuro: una fábrica de aprendizaje, por así decirlo". Junto con otras empresas del sector, wbk y Balluff se propusieron hacer realidad estas ideas.
"Al principio, la fábrica del aprendizaje era un sistema de producción estacionario compuesto por varias estaciones", explica Magnus Kandler, que ya estaba a bordo como estudiante cuando se desarrollaron y pusieron en marcha los primeros cursos de formación y las primeras estaciones de trabajo. Por aquel entonces, Kandler estudiaba ingeniería industrial en Karlsruhe y colaboró en la creación de la fábrica de formación. "Ahora es aún más gratificante continuar, desarrollar y dar forma al proyecto como asistente de investigación", afirma Kandler, cuyo trabajo actual se centra en la planificación de sistemas de producción y la gestión digital de talleres.
Aplicación de nuevas formas de producción
La Global Production Learning Factory no sólo abre sus puertas a los estudiantes. La wbk también ofrece cursos de formación o conferencias para empresas y otras organizaciones. "Aquí tenemos la oportunidad de concienciar sobre las nuevas tendencias en producción y dar a las empresas la oportunidad de experimentar por sí mismas nuevas tecnologías o enfoques como el mantenimiento predictivo, la economía circular o la cooperación hombre-máquina", afirma Kandler.
Modular, móvil y autosuficiente
"Para que esto sea posible, la fábrica de aprendizaje tiene que estar a la última", explica Alexander Geiser, responsable del hardware de la fábrica de aprendizaje. "En el instituto siempre estamos buscando formas de utilizar las nuevas tecnologías en la fábrica de aprendizaje. Al fin y al cabo, es nuestro buque insignia no sólo para la enseñanza y el perfeccionamiento, sino también como plataforma para que las empresas presenten sus soluciones innovadoras."
Durante la pandemia, el instituto recurrió a la enseñanza en línea. El equipo aprovechó el tiempo para revisar el anticuado concepto. Junto con Balluff y otros socios, se elaboraron ideas para seguir desarrollando la fábrica de aprendizaje: debía ser modular, móvil y autosuficiente. Además, la trazabilidad sin fisuras de los productos individuales a través de un pasaporte de producto y el tema de la economía circular desempeñan un papel importante.
Las estaciones de trabajo constan de la misma estructura básica, sobre la que se montan las máquinas individuales necesarias para la fase de producción. La nueva arquitectura ha reducido considerablemente el tiempo necesario para reequipar la línea.
En la actualidad, la fábrica de formación consta de diez estaciones de trabajo móviles, cada una de ellas equipada con tecnología inalámbrica, actuadores eléctricos y baterías para garantizar un funcionamiento móvil y autosuficiente. Todas las estaciones tienen el mismo diseño y pueden equiparse con distintas herramientas, máquinas o robots en función de las necesidades del proceso de producción.
Las diez nuevas estaciones se complementan con dos robots industriales, un robot colaborativo y tres prensas neumáticas. Esta modularidad permite trazar una amplia variedad de escenarios industriales con el fin de ofrecer a los participantes la mayor personalización posible para sus propios fines empresariales. "El objetivo era lograr una gran flexibilidad, tiempos de cambio cortos y una puesta en marcha sencilla", explica Geiser.
Las estaciones están diseñadas para guiar al usuario a lo largo del proceso de producción. La "receta" del paso de producción se almacena en el sistema, la pieza se identifica y las pantallas o señales luminosas muestran exactamente lo que hay que hacer. De este modo se reduce la propensión a errores y los costes de formación.
Impulsos valiosos
A lo largo del tiempo, se han instalado en la fábrica de formación más de 120 componentes individuales de Balluff, desde maestros inalámbricos IO-Link, pasando por cabezales de lectura y escritura RFID para el reconocimiento de piezas individuales, hasta sensores de Condition Monitoring (BCM), que miden datos ambientales como vibraciones, temperatura o humedad, además de datos de proceso.
"Al principio nos centrábamos sobre todo en la trazabilidad y los pasaportes de producto", explica Geiser. "A través del diálogo con Josip Kopcic, de Balluff, la monitorización de la condición también se convirtió en un tema más importante. Agradecemos mucho este intercambio y el impulso".
"El progreso nunca se detiene", dice Kopcic, explicando su motivación. "Por eso, en Balluff siempre intentamos encontrar nuevas soluciones y traducir las tendencias en productos practicables. También tenemos este incentivo con la Learning Factory".
Los datos recogidos por el BCM pueden utilizarse, por ejemplo, para detectar anomalías durante el proceso de producción y sacar conclusiones sobre el estado del sistema. Esto da lugar a muchos enfoques para desarrollar nuevas soluciones en el campo del mantenimiento predictivo, por ejemplo utilizando la inteligencia artificial y el aprendizaje automático. Una base ideal para que los estudiantes prueben los distintos enfoques.
Pasar por el aro de una idea brillante
Pero la participación de Balluff no se limita al hardware. El especialista en sensores y automatización también apoya el hackathon anual. Alrededor de 30 estudiantes pasan 30 horas trabajando en varios casos en la fábrica de aprendizaje. Las ideas resultantes son presentadas y evaluadas por un jurado de expertos de la práctica y la ciencia en función de diversos criterios como la eficacia, la originalidad y la madurez o el modelo de negocio subyacente y el potencial de mercado.
El equipo ganador recibe un suculento premio de más de 1500 euros. "Todo el mundo da lo mejor de sí mismo en el hackathon. Puedes sentir la motivación y la pasión en la sala. Es fascinante ver cómo los equipos desarrollan nuevas soluciones en tan poco tiempo", dice Kopcic, que también es miembro del jurado.
Magnus Kandler (izquierda) y Alexander Geiser (derecha) son profesores y doctorandos de la wbk. Kandler forma parte del grupo de Planificación de Sistemas de Producción e investiga la gestión digital de las plantas de producción. Imparte cursos de formación para empresas en la Learning Factory y es responsable de modelos de negocio. Alexander Geiser trabaja en el grupo de garantía de calidad y se ocupa de la refabricación de componentes de pilas de combustible en el contexto de la e-movilidad.
Una situación beneficiosa para todos
"La investigación en la fábrica de formación, los cursos de formación y el hackathon son un buque insignia para nosotros", dice Kandler. "Cuando entras en nuestro pabellón, las estaciones de trabajo móviles son una de las primeras cosas que ves. Esto también fomenta el diálogo con socios, estudiantes y empresas". Para Balluff y wbk, la implicación es una situación en la que todos salen ganando: "Los estudiantes entran en contacto con nuestras soluciones. Muchos de ellos crean sus propias empresas después de graduarse o encuentran su lugar en la industria. Algunos se acuerdan de nosotros. Esto ya ha dado lugar a numerosos proyectos", afirma Kopcic con satisfacción.