El Instituto de Sistemas Conectados de la UWM se centra en la fabricación digital

Milwaukee es el hogar de una variedad de fabricantes líderes, incluidos AO Smith, Briggs & Stratton, GE Healthcare, Harley-Davidson, Johnson Controls, Komatsu Mining, Master Lock, Modine y Rexnord. También alberga una organización que está a la vanguardia de la investigación de la Industria 4.0.

El Connected Systems Institute (CSI) de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee (UWM) está desarrollando nuevas formas de integrar tecnologías digitales, como inteligencia artificial, realidad aumentada, análisis de datos, gemelos digitales y robótica, en la fabricación de próxima generación.

"Muchos fabricantes todavía utilizan tecnologías heredadas que no son muy eficientes", dice Kaushal Chari, director ejecutivo interino de CSI y decano de la escuela de negocios de UWM. “Existe la necesidad de hacer la transición a la fabricación digital y adoptar la tecnología Industria 4.0.

"Nuestra misión es desarrollar la fuerza laboral del futuro a través de la educación y la formación", explica Chari. “CSI trabaja para apoyar el desarrollo de una fuerza laboral conocedora de la tecnología, encabezar la investigación de vanguardia sobre el Internet industrial de las cosas (IIoT) y ayudar a las pequeñas y medianas empresas a aprovechar el poder del IIoT para lograr una mayor productividad.

“Una de las industrias más importantes y competitivas de Wisconsin es la manufacturera”, señala Chari, que tiene experiencia en ingeniería mecánica. “Emplea a cientos de miles de trabajadores y representa el 19 por ciento del producto interno bruto de nuestro estado. Pero para seguir siendo competitivo, la fabricación tiene que seguir adaptándose”.

Según Chari, en los próximos cinco años, la fabricación cambiará más que en los últimos 50 años debido a las tecnologías conectadas que analizan la transmisión de datos desde los equipos de fábrica al IIoT.

"CSI aprovecha el poder de Internet: utiliza máquinas para comunicarse entre sí y proporciona enormes cantidades de datos para crear operaciones más eficientes y rentables a través de plataformas comerciales conectadas", señala Chari. "Los grandes datos que los dispositivos recopilan y comparten en el IIoT tienen el potencial de revolucionar la fabricación".

El objetivo de CSI es desarrollar modelos y tecnologías basados ​​en IIoT que promuevan una mayor productividad. La organización fundada hace dos años está fuertemente patrocinada por Rockwell Automation Inc., otra empresa con sede en Milwaukee y con una sólida tradición manufacturera. Otras organizaciones involucradas activamente con CSI incluyen Ansys, Fanuc, Microsoft y PTC Technologies.

"El CSI es un centro colaborativo multidisciplinario que incluye profesores de negocios, ingeniería y ciencias de la información", dice Chari. "Al brindar educación, investigación y programas de pregrado, posgrado, profesionales y ejecutivos, el instituto desarrolla talento, experiencia y soluciones para llevar a las empresas a una mayor productividad a través de tecnologías y aplicaciones IIoT".

Ubicada en el ala este de la biblioteca de UWM, las instalaciones de CSI de 10,000 pies cuadrados albergan tecnología innovadora que los fabricantes necesitan para transformar e implementar digitalmente la Industria 4.0. Y ofrece la capacitación de la fuerza laboral que los fabricantes locales necesitan para realizar una transición exitosa a la era digital.

La instalación incluye un laboratorio de ciberseguridad, un laboratorio de gemelos digitales y una pequeña fábrica que muestra la tecnología Industria 4.0. Este último es un “banco de pruebas” interactivo que cuenta con equipos de producción de última generación para el aprendizaje práctico.

La línea de producción fue diseñada, construida e integrada por APT Manufacturing Solutions. Cuenta con equipos del mundo real, como un transportador Rockwell MagneMotion y varios tipos diferentes de robots Fanuc, incluidas máquinas delta, SCARA y de seis ejes.

"El banco de pruebas introduce el aprendizaje automático en la línea de producción y recibe pedidos del software SAP, generando automáticamente órdenes de trabajo", dice Chari. "Un banco de pruebas digital documenta los comportamientos del banco de pruebas físico para que se puedan detectar irregularidades, pero también permite la experimentación".

La tecnología de gemelos digitales juega un papel importante en CSI, que proporciona varios tipos de herramientas a los estudiantes, incluidos Ansys TwinBuilder, Emulate3D y PTC Vuforia.

"Nuestros gemelos digitales se basan en el banco de pruebas físico", explica Chari. “Los estudiantes utilizan la tecnología para probar diferentes parámetros e insumos virtualmente para ver cómo impactan varios procesos de producción, además de los indicadores clave de desempeño, calidad y rendimiento. Una vez que perfeccionen y refinan los parámetros, pueden probarlo en la plataforma real. También utilizamos gemelos digitales para realizar proyectos de investigación.

"Los gemelos digitales permiten la emulación de una máquina o una planta mediante modelos CAD y simulaciones de física general", explica Chari. “Las emulaciones de hardware en bucle [permiten a los usuarios] probar programas de automatización en un entorno virtual que se puede representar en la pantalla de una computadora mediante animaciones 3D o entornos virtuales donde los humanos pueden caminar usando cascos de realidad virtual. El entorno virtual permite una interacción total con la máquina o planta, incluidos los paneles de control.

"El próximo banco de pruebas de CSI se centrará en la ciberseguridad", añade Chari. "Necesitamos asegurarnos de que las líneas de producción automatizadas estén protegidas y que los estudiantes sepan cómo hacerlo".

Además, Chari y sus colegas están actualmente en el proceso de obtener dos nuevos programas de maestría relacionados con la Industria 4.0, que, según él, serán los primeros de su tipo en los Estados Unidos. Uno ofrecerá un MS en sistemas conectados, mientras que el otro contará con un MS en la cadena de suministro digital. El plan actual es inscribir a los estudiantes en los nuevos programas a partir del otoño de 2023.

"El curso de sistemas conectados cubrirá aspectos como la gestión de activos, la ciberseguridad y el análisis de datos", explica Chari. “Será un programa de grado muy holístico que preparará a los estudiantes de posgrado para embarcarse en carreras de Industria 4.0.

"El programa de cadena de suministro digital se centrará en cosas como el software de planificación de recursos empresariales", señala Chari. "El plan de estudios también incluirá tecnología IIoT relacionada con blockchains y sensores".