Una firma líder de automatización de procesos y planta utiliza el Diseñador de conceptos mecatrónico para desarrollar máquinas flexibles de packaging para la industria de cosmética

Ofrecer soluciones de transporte flexibles

Cuando el fabricante de cosméticos, el doctor Kurt Wolff, quiere llenar sus botes de Alpecin un 20 % más como regalo a sus clientes, ya no necesita parar la línea de producción para reequiparse. Gracias al sistema multitransportador (MCS®) desarrollado por Festo y Siemens PLM Software, ahora es posible con solo tocar un botón. Festo puede diseñar estas soluciones de transporte tan flexibles de acuerdo a los requisitos del cliente en tan solo unos minutos, gracias al módulo de software de Diseñador de conceptos mecatrónico™.

Desarrollado por Siemens Digital Industries Software y basado en el sistema de diseño asistido por ordenador (CAD) del software NX™, el Diseñador de conceptos mecatrónico es una solución para diseñar y simular secuencias de movimiento cinemáticas y físicas y para la puesta en marcha virtual de máquinas y equipos, incluidos motores, actuadores y sensores. Es una aplicación interdisciplinaria para la ingeniería de sistemas: ingenieros mecánicos, eléctricos y de software y expertos en automatización pueden usarla para desarrollar y validar sus conceptos de máquina. Asimismo, pueden explorar rápidamente los conceptos alternativos en un entorno compartido de sistemas basado en los requisitos del cliente en un proyecto. Los ingenieros de estas disciplinas pueden trabajar de manera simultánea en varios proyectos utilizando el Diseñador de conceptos mecatrónico, lo que reduce el tiempo de desarrollo en un 30 %.

El Diseñador de conceptos mecatrónico permite el diseño y la validación de los conceptos y detalles mecatrónicos mientras usa los modelos de producto del sistema CAD. Este software combina el modelado en 3D con la simulación de conceptos con física de multicuerpos y automatización precisa. En lugar de crear costosos prototipos, se pueden simular las máquinas y sistemas con el software de control real que funciona virtualmente.

El software permite a Festo crear un gemelo digital de la máquina o el sistema y ponerlo virtualmente en marcha. El modelo de máquina también está conectado al control real de la máquina para probar la funcionalidad de toda la aplicación. Estas funcionalidades posibilitan que los ingenieros de mecatrónica aceleren en gran medida la puesta en marcha de la máquina real.

El Diseñador de conceptos mecatrónico mejora la funcionalidad típica de diseño de NX al proporcionar un entorno de simulación realista en el que se pueden mostrar y simular fuerzas físicas y objetos móviles. También utiliza el motor de físicas Bullet, un software de código abierto para la simulación de propiedades físicas de cuerpos blandos y rígidos. Las secuencias de movimiento se definen con un perfil CAM virtual, que puede mostrarse y optimizarse en un diagrama de Gantt.

«Cogemos los componentes de NX y les damos vida», dice Stefan Blaschke, jefe de proyecto del sistema multitransportador, que ayuda a la implementación de las soluciones de transporte para Festo y sus clientes en todo el mundo. Con el Diseñador de conceptos mecatrónico, se puede simular el movimiento de transportadores individuales en todo el proceso de simulación.

Desarrollo conjunto de Festo y Siemens

Festo y Siemens han desarrollado conjuntamente MCS® con el objetivo de ofrecer máquinas de packaging flexible a la industria de cosmética. Un requisito clave del cliente en este sector es ser capaz de llenar y empaquetar diferentes productos y formatos en una única línea de producción. El uso de MCS permite a los fabricantes alcanzar este nivel de flexibilidad en los pequeños transportadores con motor lineal que trasladan los contenedores a las estaciones individuales para el llenado, etiquetado o embalaje.

Este sistema se usa en el proceso de transporte solo cuando se requiere flexibilidad e inteligencia. Las secciones MCS en la línea de producción, incluidos los de retorno, están conectados mediante un sistema de transporte rentable y convencional.

Con la llegada de la Industria 4.0 y la planta digital, la solución de transporte flexible también es relevante en otros campos y aplicaciones como las líneas de montaje. Es por esto por lo que Festo y Siemens han empezado a ofrecer MCS a una gran base de clientes. Facilita a las firmas diseñar una solución de transporte de manera más eficiente sin tener que inventar nada más.

«Existían dos objetivos fundamentales para el uso del Diseñador de conceptos mecatrónico», dice Blaschke. «Por un lado, queríamos una forma de probar si podíamos cumplir con los requisitos del cliente en cuanto a la velocidad de ciclo, rendimiento, etc., y mostrar esos resultados al cliente. El Diseñador de conceptos mecatrónico nos permite mostrar secuencias de movimiento de transportadores individuales o en grupo de manera que sea fácil de entender. Por otro lado, necesitábamos una herramienta de simulación fiable para diseñar de manera precisa el MCS y que tuviera en cuenta las fuerzas físicas en el proceso.»

Biblioteca de modelos cinemáticos CAD preparados

El Diseñador de conceptos mecatrónico permite importar componentes y ensamblajes de NX u otros sistemas CAD, proporcionarles las propiedades físicas y cinemáticas y definir restricciones. Más tarde, se pueden guardar estos modelos en la biblioteca y reutilizarlos con sus propiedades. Por ejemplo, Festo reprodujo todos los componentes básicos de MCS en el Diseñador de conceptos mecatrónico, lo que agilizó de manera significativa el diseño de nuevos sistemas.

MCS® permite una flexibilidad de producción máxima al transportar de manera libre y síncrona las piezas de producción a las estaciones individuales en la línea de producción. Festo desarrolla los componentes mecatrónicos de MCS, como motores lineales, transportadores, sensores, conexiones y componentes de montaje. Siemens Digital Industries Software, por otro lado, ofrece la electrónica y el software para el control y el funcionamiento de la solución de transporte. Festo y Siemens comercializan de manera conjunta este flexible sistema de transporte. Puede ser configurado libremente, integrado con facilidad en la logística interna y combinado modularmente con soluciones de transporte ya existentes.

«Una vez que hemos cumplido con los requisitos del cliente, podemos generar los primeros resultados en cuestión de minutos. Naturalmente, hay que optimizarlos después», explica Blaschke. «Puesto que hemos añadido las propiedades cinemáticas a los modelos de NX, el tiempo que se necesita para diseñar se ha reducido drásticamente».

Los parámetros del cliente (tiempos del ciclo, aceleración, etc.) se transfieren a la plantilla del Diseñador de conceptos mecatrónico a través de una interfaz de aplicación personalizada. Los parámetros recogen el marco necesario para el diseño de la solución de transporte por lo que respecta a las propiedades físicas. Puede considerarlo un modelo cinemático genérico que tiene las propiedades dinámicas controladas por dichos parámetros. Los ingenieros de proyecto definen cómo se muestra la configuración del sistema de acuerdo a la aplicación del cliente, la disposición de la línea de producción, etc.

Una animación en vídeo añade valor al cliente

El comportamiento de las soluciones de transporte específicas para el cliente se simula en 3D de acuerdo a dichos parámetros. Esto se puede grabar como una animación de vídeo para mostrársela después.

«Es algo único en el mercado. Aporta a nuestros clientes la garantía de que su aplicación funcionará en las primeras etapas de la fase de presupuesto», dice Blaschke.

Con todo, el Diseñador de conceptos mecatrónico no solo ofrece imágenes animadas, sino que los datos de simulación se pueden exportar de manera inmediata para comprobar, por ejemplo, la carga de los segmentos del motor.

«El Diseñador de conceptos mecatrónico proporciona muchos ahorros de tiempo en el diseño de máquinas y sistemas», enfatiza Blaschke.

Con todo, el usuario debe invertir primero algo de su tiempo en poder explotar todo ese potencial. Blanche explica que a pesar de que se pueden preparar los componentes individuales de manera muy rápida, modelar un sistema completo con todas las propiedades físicas para su almacenamiento en una biblioteca requiere más tiempo de preparación.

En el futuro, será aun más fácil para los usuarios de las aplicaciones de simulación de Siemens Digital Industries Software diseñar componentes de Festo. En colaboración con los catálogos de piezas 3D de CADENAS, la empresa está pensando en ofrecer a sus clientes motores lineales cinemáticos y otros componentes para descargar. Esta es una razón más para elegir Festo, ya que el comprador puede comprobar los componentes y ver si realizan las funciones solicitadas en su aplicación antes de hacer un pedido.