Open SMC 4.0: fabricación eficiente de composites gracias a la digitalización
13/02/2024
El proyecto Open SMC 4.0 investigará la aplicación de tecnologías 4.0 al proceso de conformado SMC para optimizar su consumo energético, su coste y su impacto medioambiental.
Open SMC 4.0 es un proyecto de investigación industrial impulsado y coordinado por el Centro Español de Plásticos (CEP), con el apoyo del Clúster de Energía del País Vasco. En el mismo también participan las empresas Barbara, Bestplant, Moldes Ura y Pretec, además del centro tecnológico Gaiker y del Instituto Tecnológico de Castilla y León.
El proyecto, que desarrolla su actividad entre mayo de 2023 y abril de 2024, ha sido subvencionado por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo para mejorar la competitividad de la industria española, en el marco del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia (PRTR) con fondos Next Generation.
Innovación tecnológica
Open SMC 4.0 tiene como objetivo lograr la optimización energética del proceso de fabricación de piezas por conformado de SMC desde una perspectiva integrada de transición energética e industria 4.0.
De este modo, los resultados del proyecto girarán en torno a la investigación de una nueva formulación de SMC que proporcione menores temperaturas de curado y tiempos de proceso. También, un sistema inteligente de gestión energética que sea capaz de recoger información del proceso, combinarla con un gemelo digital del mismo y seleccionar estrategias de optimización y control, cuantificando su impacto energético y económico en la cadena de valor. Ello permitirá dotar a las empresas tanto de herramientas para desplegar la mejora energética como de información para la toma de decisiones estratégicas.
Para ello, se investigarán los tres elementos clave del proceso: la prensa de termoconformado, el proceso de diseño del molde y la formulación del material. En concreto, se analizarán en detalle los parámetros de proceso que condicionan el comportamiento energético de dichos elementos, para identificar aquellas estrategias (de diseño, gestión o control) que logran optimizar el desempeño energético.
Más detalles del proyecto Open SMC 4.0
La investigación tiene en cuenta tres apartados principales. En primer lugar, el diseño desde el punto de vista de la formulación del material preimpregnado para SMC, del diseño del molde y de los parámetros de proceso de termoconformado. En segundo lugar, la monitorización del proceso y recogida y analítica de datos en tiempo real. Y finalmente, la generación de un modelo digital que permita de forma intuitiva visualizar la evolución de los datos y el comportamiento de prensas y moldes.
En cada uno de estor apartados se aplican tecnologías de la Industria 4.0. Por ejemplo, para el estudio energético de los procesos, para el diseño de gemelo digital, la detección de anomalías y para propuesta de estrategias de optimización y control. Hablamos de tecnologías como el IoT y Big Data para monitorización, simulación y computación en la nube para el proceso de digitalización y la integración de sistemas. Trasladando la inteligencia artificial a la computación en el Edge para la elaboración de sistemas de gestión energética inteligente capaces de tomar decisiones en tiempo real, optimizando al máximo el consumo y garantizando la seguridad de los datos.
Desde un punto de vista estratégico, el proyecto aborda las principales problemáticas energéticas y medioambientales del sector industrial, alineándose con los principales objetivos europeos y nacionales de desarrollo sostenible.
Uso eficiente de la energía
En este sentido, se plantea el uso eficiente de recursos energéticos y otros aspectos relacionados con la optimización de la producción. Es el caso de la formulación del material preimpregnado usado en el proceso de fabricación de piezas mediante termoconformado del SMC, el enfoque de la mejora del diseño del molde, de forma que se optimice la transmisión térmica, las inercias térmicas o las pérdidas, estableciendo estrategias para posibilitar la adaptación y reutilización de moldes obsoletos mediante la investigación de las potenciales mejoras y de cómo se van a incorporar, y optimizando las condiciones de diseño del molde (estanqueidad, capacidad de transferencia/disipación de calor, aislamiento) para lograr un proceso óptimo en el sentido de minimización de las necesidades energéticas y de desechos de material.
De forma holística, en este proyecto se considera el comportamiento energético durante el funcionamiento del proceso desde un enfoque integrado de consumo de energía, coste económico e impacto ambiental. En este caso, el objetivo es satisfacer las necesidades de producción (volumen, cadencia y calidad) con el menor consumo energético posible. Para ello se plantean estrategias de gestión inteligente, optimización dinámica de consignas de funcionamiento y gestión inteligente de consumos en periodos de parada o espera.
Plataforma digital
El resultado principal del proyecto Open SMC 4.0 será una plataforma digital de gestión energética inteligente que recoge el conocimiento generado y lo transmite a través de la comparación del gemelo digital del proceso de SMC con los datos tomados a tiempo real a través de proceso de digitalización y modelado. Ésta interactúa tanto con persona como con máquina, facilitando información sobre el estado del proceso y las estrategias de optimización alcanzables para el primero y actuando directamente y de manera dinámica sobre el sistema de control para mantener el proceso en un punto de eficiencia óptima para el segundo.
Dicha plataforma digital se basa en tecnologías innovadoras y habilitadoras de la Industria 4.0 aplicadas a un gemelo digital, que sea capaz de transformar los datos monitorizados por una empresa en conocimiento aplicable para la optimización energética de su proceso productivo. Esta plataforma actuará como un modelo de interacción entre la empresa y el propio gemelo virtual donde existe un flujo de datos que se introduce en la plataforma y se convierte en información útil, lo que permite devolver esa información a la empresa en forma de conocimiento para la puesta en marcha de diversos tipos de mejoras.
El estudio del proceso de conformado de SMC definirá la sensórica a implementar, la estrategia de monitorización y optimización energética a desarrollar, y el digitalizado del proceso a optimizar, obteniendo los parámetros críticos del proceso de conformado de SMC y estudiando, desde un punto de vista teórico, el consumo actual de la prensa y los equipos periféricos durante todo el proceso de conformado, que se comparará con los resultados prácticos obtenidos por el estudio del proceso real.
Beneficios
Los resultados del proyecto impactarán positivamente en todos los agentes de la cadena de valor de la industria de la transformación de composites por SMC, diseño, formuladores de SMC, moldistas, transformadores y recicladores. Así, permitirá a las empresas una mayor eficiencia de los recursos en los procesos de producción y una mayor capacitación tecnológica. Y todo ello, con menores efectos negativos sobre el medio ambiente. Se trata de algo muy útil para las empresas de fabricación de composites por SMC, dados los altos precios de la energía y de las materias primas.
Además, el proyecto permitirá investigar una tecnología de monitorización en cavidad (in-mould monitoring) relacionada con los datos de consumo energético de la prensa y periféricos. Esto, junto a una formulación de SMC adecuada a los parámetros de proceso, permitirá verificar que la optimización energética no está reñida con la buena calidad final de la pieza. Todo esto se realizará sobre un molde de más de 30 años, lo que sentará las bases para el desarrollo de un sistema que permitirá el aumento de la vida útil tanto del parque de moldes, como de la maquinaria en activo del resto de empresas del sector.
Además, Open SMC 4.0 permitirá acelerar la digitalización del sector de plástico, y en concreto, en el proceso de conformado de SMC con la monitorización y análisis del proceso que permita optimizar el consumo energético. El empleo de sistemas inteligentes aplicados sobre infraestructuras optimizadas tanto en Cloud como Edge, junto con el gemelo digital, garantiza el análisis adecuado de datos para la selección de parámetros que permitan la consecución del objetivo general del proyecto, así como las directrices de los componentes a adaptar y/o actualizar tanto de la máquina como de sus periféricos u otros componentes como el molde.
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