Haciendo que las máquinas hablen entre ellas

En su momento se describió como “muy adelantado a su tiempo” y muchas veces su inventor fue llamado “genio”. System/24, el primer sistema de manufactura flexible, fue ensamblado en 1967 por el fabricante inglés Molins Ltd. para cortar partes de su maquinaria de empaque de cigarrillos. Consistía en ocho máquinas independientes –taladros, fresadoras, tornos de refrentado– conectados entre sí mediante un transportador de pallets. Las máquinas-herramienta individuales, construidas también con la dirección del jefe de ingeniería de Molins, D.T.N. Williamson, empleaban husillos especiales hidrostáticos en el mecanizado a alta velocidad, para entonces no intentado, de las piezas de trabajo (en su mayoría de aluminio). Las partes eran preparadas y retiradas en pallets de las máquinas-herramienta para permanecer luego en una cola central y ser entregadas cuando se requiriera. Como su nombre implica, el FMS fue diseñado para trabajar esencialmente desatendido y todo el día. En su mayoría fue un éxito.

Examinándolo todo fue un solo computador IBM, que hoy llamaríamos cariñosamente “unidad principal (mainframe)”.

Avanzando rápidamente treinta años a mediados de los noventa, los objetivos del mecanizado altamente desatendido y de operación 24 horas permanecieron, pero no siempre se alcanzaron. Para entonces, el enfoque había cambiado. Las máquinas-herramienta dedicadas a una función del System/24 de Molins y su progenitor FMS habían abierto el paso a máquinas flexibles individualmente. Las máquinas fresadoras de CN añadían por lo general funciones como taladrado, roscado e incluso sondaje (llamadas centros de mecanizado). Los centros de torneado con subhusillos y cabezales de fresado hicieron mucho de lo mismo. En el corazón de la revolución, por supuesto, estaba el hecho de que el controlador numérico en cada máquina tenía muchas veces la potencia de cómputo de la unidad principal que supervisaba el sistema Molins.

Pero aún existía la necesidad de comunicarse entre los equipos dispersos por la fábrica. El control numérico directo (DNC), consecuencia natural del enfoque que tomó IBM con Molins, estaba llevando a redes de comunicaciones que entregarían programas de partes y, crecientemente, a relevar los datos de vuelta hacia un punto de control central. Así que el laberinto de Ethernet creció, con fabricantes que a menudo contrataban una sola firma de consultoría, llamada integrador, que conectaría todo en una sola vista.

Los integradores aseguran que la información de la máquina de medición por coordenadas pueda usarla el operador del centro de mecanizado y también estaría disponible en el escritorio CAD. Generalmente, la tarea requería adaptadores únicos para cada dispositivo, un software de posprocesamiento especial y miles de cables complicados. Algunos proveedores de equipos de fábrica adoraban el concepto, sobre todo si eran capaces de ser los “primeros” proveedores de maquinaria y forzar el resto para adoptar su lenguaje. En muchas formas esto emuló la idea de monopolio del sistema Molins controlado por IBM: cada máquina con una interfaz idéntica, pero propia, y cada nodo comunicándose de una forma estrecha y restrictiva.

Las redes de fábricas trabajan. Donde están instaladas, su productividad y tasa de utilización mejorada hacen que las utilidades valgan la inversión. Pero con costos iniciales superiores a varios miles de dólares por máquina-herramienta, muchos desinstalarían redes de datos de las fábricas.

Adelantándonos otra década, estamos justamente en la era de internet. La “inteligencia” computacional distribuida está ampliamente difundida –todo parece tener un microchip incorporado–. En Estados Unidos, un grupo de marcas, AMT –The Association for Manufacturing Technology–, tiene un comité global de consejo de tecnología cuyos miembros incluyen a Caterpillar, Boeing, Timken y el ejército; ellos se reúnen para discutir cómo podría operar una máquina inteligente dentro de los ambientes de fábrica. Los miembros del grupo comienzan preguntando: “Si usted va a tener cosas como diagnóstico en máquina y monitoreo de condición de herramienta, ¿cuál es el pegante que va a mantener todo junto?”.

Las ideas comenzaron a surgir cuando el consejo AMT se preparó para su reunión anual a finales de 2006. Tres conferencistas expertos externos atendieron la reunión en ese tema y para su preparación realizaron un tour por la feria International Manufacturing Technology Show en Chicago durante el verano. Después del tour coincidieron en una cosa, como uno de ellos, David Edstrom, del fabricante de computadores Sun Microsystems, lo indicó: “Ustedes chicos ¡no pueden hablarse el uno al otro!”.

Semanas después, en la reunión anual, otro de los expertos lo expresó con franqueza. El profesor David Patterson, jefe del Departamento de Ciencia Computacional en la Universidad de California en Berkeley, dijo que a pesar de no conocer las especificidades de las máquinas-herramienta, él sabía que la industria de computadores ya había ofrecido formas para conectar sensores vía comunicaciones inalámbricas y combinar los datos con otros servicios. Si los CNC que ya estaban en las máquinas fueran a adoptar los estándares de interoperabilidad, un cliente podría monitorear todas las marcas de máquinas-herramienta en su taller. El monitoreo en vivo y el análisis de registros históricos, vistos en un buscador web, llevarían a soluciones integradas en lugar de componentes incompatibles, sugirió Patterson.

Así nació un grupo de trabajo para crear un estándar de interoperabilidad y mostrarlo en una feria. Mientras los detalles técnicos del estándar de comunicación eran trabajados en Berkeley y otras universidades, con un patrocinio inicial de US$1 millón donado por AMT, otros miembros del grupo de marcas comenzaron a contactar a los fabricantes de máquinas-herramienta en todo el mundo para que se unieran al proyecto. El grupo del proyecto denominó al estándar en desarrollo, MTConnect.

MTConnect, desde el comienzo, iba a ser un puente abierto, libre, basado en estándares para todos. En lugar de desarrollar alguna pieza de software nueva y fraudulenta, los fundadores lo basaron en XML (lenguaje de anotación extensible), que lo abría a un ejército de programadores.

Una característica de MTConnect indica que es extensible. Para los tipos de tecnología de información, eso significa que el protocolo está diseñado para que sus capacidades sean añadidas por usuarios de desarrolladores. Las primeras etapas estuvieron marcadas por intensas negociaciones en el grupo de desarrollo técnico, mientras otros en el comité de dirección comenzaron una ferviente evangelización a los constructores de equipos y controles. Para IMTS 2008 estuvo lista una demostración.

La norma fue presentada con una considerable promoción en la feria. Un stand central mostraba el monitoreo en tiempo real de una docena de máquinas operando dispersas por la feria, unidas por una sencilla conexión a internet.

Los partidarios contrastan el enfoque con intentos previos en la red de fábrica, lo que ellos llaman el modelo country-club, en el cual uno paga por unirse y paga cada vez por salir. Esto se había convertido en un factor limitante para la amplia adopción de estándares de comunicación más antiguos.

Desde entonces, el MTConnect Institute ha demostrado el protocolo en diferentes exposiciones alrededor del mundo y ha unido a muchos usuarios. En la mayoría de casos, los talleres pequeños y medianos que comienzan a emplear el estándar están atentos. Red Heitkamp, director de ingeniería en Remmele Engineering, un evento sobre contratos en Minnesota, Estados Unidos, que se especializa en componentes de defensa y médicos, compara el uso de MTConnect de su compañía con un teléfono inteligente: “La primera vez que lo compra usted piensa que es solo un teléfono, y cuando lo tiene un rato se da cuenta de todas las diferentes aplicaciones que vienen en el dispositivo”.

En el relativamente corto tiempo que el estándar MTConnect ha estado disponible se ha implementado enormemente, pero no aún profundamente. Los miembros del grupo de consejo técnico del instituto y los implementadores ahora suman unas 100 compañías, incluidos grandes productores de máquinas-herramienta, robots, CNC, y equipos de inspección. En la primera Conferencia MTConnect, programada para noviembre 8 al 19 de 2011 en Cincinnati, Ohio (www.mtconnect.org), los usuarios y desarrolladores se encontrarán formalmente para compartir experiencias. El énfasis en la conferencia estará en ayudar a los usuarios a entender la gama de posibilidades que se abren una vez implementado el estándar en la fábrica.

El sistema de manufactura flexible Molins, de hace casi medio siglo, mantuvo la promesa de operaciones continuas y máximo uso de las capacidades de producción. Sus operadores pronto encontraron que con su comando jerárquico arriba-abajo y el concepto de control, las fallas en tiempo real lo hacían menos que flexible. El flujo de datos en esencia era unidireccional, no conversacional.

Hoy, con dispositivos de bolsillo que tienen mucha más inteligencia que la unidad principal IBM de antes, los dueños de fábricas disfrutan la posibilidad real de tener control total de sus equipos de manufactura –desde prealistadores de herramientas hasta sensores de tolerancia y contadores de salida– en un sencillo y económico sistema plug-and-play. ¿Quién sabe qué ganancias de productividad estarán al alcance?