La maquinaria pesada ha sido un importante motor de desarrollo en todo el mundo, proporcionando una producción de alimentos más eficiente, moviendo recursos por todo el globo, extrayendo materias primas de la tierra y mucho más. Pero a medida que el ritmo se ha acelerado, estas valiosas máquinas han tenido que evolucionar para funcionar durante más horas en lugares más remotos y, en algunos casos, hacerlo de forma más autónoma.
El software y la electrónica son la mayor ventaja para los fabricantes de equipos originales (OEM) que desarrollan equipos todoterreno en la actualidad, ya que crean nuevas fuentes de ingresos y ahorran en algunos de los costos de desarrollo de los sistemas mecánicos que antes impulsaban las decisiones de los compradores. Pero al igual que en otras industrias que atraviesan transiciones similares, la creación de productos definidos por software (SDP) requiere un nuevo camino a seguir. Un camino digital. Al comenzar en el gemelo digital desde el primer día, las empresas pueden comunicar mejor los requisitos del sistema con los operadores, colaborar con los proveedores para obtener un sistema correctamente integrado en menos tiempo y hacerlo en un marco escalable para continuar fabricando grandes productos durante las próximas décadas.
Maximizando el rendimiento operativo
La fabricación de equipos pesados es un desafío en sí misma, con una producción de bajo volumen y altos requisitos de personalización. Y los clientes finales esperan el máximo tiempo de actividad para estas grandes inversiones. Dependiendo de la aplicación, se puede esperar que los equipos pesados funcionen casi 24 horas al día y siete días a la semana (24/7). El software desempeña un papel importante para que esto sea una realidad con la adopción de la autonomía, la semiautonomía y muchas otras funciones que pueden aumentar la capacidad de la máquina o mejorar la comodidad de operación para los operadores. Pero la entrega exitosa de estas características de software comienza con la integración de estos requisitos lo antes posible en el gemelo digital.
El primer beneficio de un sistema de software correctamente integrado es la capacidad de descubrir y reparar errores mucho más rápidamente que en el hardware. Al crear transparencia en el desarrollo en el gemelo digital del producto, los OEM pueden acelerar los ciclos de desarrollo y reducir los gastos generales.
Otro beneficio importante es que la incorporación de funciones definidas por software en el tren de transmisión, o en cualquier otra función del sistema, puede proporcionar un camino hacia una mayor rentabilidad tanto para los fabricantes como para los operadores. La inclusión de tales bloqueos de software en el rendimiento añade un dominio adicional e impacta en la complejidad del producto, pero puede reducir la complejidad posterior para los OEM al consolidar lo que antes podrían haber sido múltiples productos con diferentes características de rendimiento.
Para los operadores, la capacidad de actualizar sus equipos a través de software durante unas pocas semanas, o incluso días, puede proporcionar un beneficio significativo sobre la compra de una maquinaria más cara desde el principio. En el apogeo de un período de cosecha, poder recolectar más del cultivo en la misma cantidad de tiempo puede ser extremadamente valioso, especialmente cuando el costo de propiedad puede reducirse durante los períodos de baja actividad. Pero para que esto se vuelva común, la interacción con el software debe ser intuitiva y receptiva para mantenerse al día con los altos horarios de trabajo de equipos tan valiosos. Durante el desarrollo, el software y el hardware deben entenderse como partes de un todo. Trabajar desde el gemelo digital integral ayuda a establecer esa conexión en todos los dominios desde el principio y la extiende a lo largo de la vida del producto.
Comprendiendo los múltiples niveles de fiabilidad
El uso de un entorno de desarrollo integrado para ofrecer funciones de software en equipos pesados es un gran primer paso en la creación de un SDP. Pero los requisitos de fiabilidad en esta industria subrayan la importancia de validar las actualizaciones de software antes de enviarlas al producto en el campo. Si bien una mala actualización en un teléfono puede ser un inconveniente, hacerlo en el equipo de una empresa puede afectar la funcionalidad, la confianza e incluso los requisitos de seguridad. Aquí es donde la simulación ofrece una propuesta de alto valor para los OEM y su red de proveedores. Simular cómo una actualización de software interactuará con el hardware es la razón por la que las herramientas de emulación como PAVE360 son tan críticas, ya que proporcionan un enfoque de plataforma abierta para usar modelos con diferentes fidelidades y conectar herramientas especializadas o hardware externo para proporcionar un contexto del mundo real. Poder probar la interacción de la electrónica y el software planificados con su contexto de forma virtual antes de la implementación es la razón por la que la digitalización es tan importante para el desarrollo exitoso de SDP.
El funcionamiento fiable del software es quizás lo más tangible cuando se habla de operación autónoma. Comprender cómo reaccionará un sistema integrado sin intervención o supervisión humana es invaluable durante el desarrollo inicial, pero también puede respaldar la iteración continua durante la vida útil del equipo. Cuando se descubre una nueva situación en el campo, se puede agregar al gemelo digital para proporcionar un mayor contexto en los modelos.
La forma en que se prioriza la seguridad será diferente según las aplicaciones. Una arquitectura basada en interrupciones garantiza la seguridad de las personas alrededor del equipo y la seguridad del propio equipo. Un error en un sistema de conducción autónoma podría provocar una anulación manual por parte del operador, pero un error en una herramienta podría liberarse a una posición a prueba de fallos para evitar daños en el equipo. Comprender cómo interactúan estos sistemas de software es una gran parte de la complejidad en el desarrollo de un SDP seguro y exitoso. Una característica de lujo como la integración de audio del teléfono es agradable para los operadores, pero no es crítica para el funcionamiento del equipo y se le puede quitar prioridad frente a los otros sistemas de software. Independientemente del ejemplo, la digitalización es la clave para proporcionar transparencia en toda la pila de software y su integración con los sistemas de hardware.
Creando productos integrados más duraderos
La mayor vida útil de los equipos pesados y las condiciones a menudo adversas añaden otra capa de complejidad al desarrollo de los SDP. La electrónica que ejecuta el software debe estar diseñada para estos entornos hostiles. Parte de eso se puede hacer con aislamiento mecánico en el design del producto (alejar las placas de control de las áreas de entrada de agua y polvo o usar recubrimientos de conformación para proteger los circuitos), pero estas decisiones deben sopesarse con la reparabilidad y el costo de estos productos que a menudo están en el campo durante 30 años o más. Algunos OEM pueden optar por un camino de redundancia, pero eso también puede aumentar los costos y el peso al duplicar las placas de control y el cableado.
Las aplicaciones mineras son un ejemplo perfecto de la necesidad de durabilidad en la maquinaria, especialmente en la maquinaria definida por software. Los equipos deben funcionar casi 24/7 para maximizar el valor de la mina, por lo que los sistemas mecánicos deben ser extremadamente fuertes y duraderos para soportar las severas condiciones ambientales y las cargas pesadas. A medida que se automatizan algunas de las actividades más peligrosas y monótonas, el software deberá ser igual de duradero para evitar, por ejemplo, una falla por agua o polvo que provoque un cortocircuito en un contacto o que desprenda un componente eléctrico.
La dependencia del software también significa que los OEM y los operadores deben comprender los impactos del aumento de la radiación cósmica a grandes altitudes o de la desintegración radiactiva natural del material que se extrae de la tierra. Una partícula nuclear perdida puede alterar el estado de la memoria en la electrónica y, si no se corrige, podría tener un gran impacto en el funcionamiento. La simulación y las pruebas emuladas virtualmente antes de la implementación en el mundo real son fundamentales para diseñar en torno a estas posibilidades.
Los diseñadores y proveedores de toda la cadena de valor necesitan tener acceso a los requisitos más amplios del sistema para construir el mejor producto posible a la primera. La digitalización, incluido el gemelo digital integral, las integraciones entre PLM, CAD, ECAD y otras herramientas de desarrollo, hacen de esto una realidad y ayudan a acelerar el proceso para que los operadores puedan centrarse en su experiencia.
Creando un producto más sólido
Siemens se encuentra en una posición única para ayudar a los OEM de equipos pesados en su viaje de digitalización, no solo con un conjunto completo de herramientas para trabajar, sino también con experiencia en muchas de las industrias que participan en el desarrollo y la aplicación de productos cada vez más complejos.
