Producción inteligente: cómo Audi está diseñando la producción del futuro

La línea de montaje ha marcado el ritmo en la producción de automóviles durante más de un siglo. Ahora está llegando cada vez más a sus límites. Numerosos derivados y opciones de personalización hacen que los productos sean cada vez más variados. En un proceso rígido y secuencial, esa complejidad es cada vez más difícil de dominar. “El ensamblaje modular es una de nuestras respuestas a los desafíos futuros”, dice Gerd Walker. “Estamos utilizando tecnologías digitales específicamente para la ventaja de nuestros empleados mientras obtenemos un proceso de ensamblaje más flexible y eficiente”. En el Audi Production Lab, el equipo del director de proyecto Wolfgang Kern está preparando el ensamblaje modular para la producción en masa.

Audi está implementando inicialmente el concepto en el premontaje de paneles de puertas interiores en la planta de Ingolstadt. En la operación de prueba, el trabajo ya no sigue una secuencia uniforme. En cambio, satisface necesidades particulares. Los vehículos guiados automatizados (AGV) llevan los paneles de las puertas directamente a la estación donde se ensamblan los componentes. “Al reducir el tiempo de producción a través de una orientación hacia la creación de valor y la autodirección, podemos aumentar la productividad hasta en un 20 por ciento en algunos casos”, dice Kern. Además, podemos vincular el ensamblaje modular a pasos de producción específicos. Por ejemplo, ahora, un solo trabajador puede instalar persianas completas. Eso solía requerir dos o tres trabajadores debido a los tiempos de procesamiento preestablecidos en una línea de montaje. Otra gran ventaja del sistema flexible: Audi puede emplear a personas que ya no pueden trabajar en la línea debido a limitaciones físicas. A través de este proyecto piloto, los expertos recopilan información valiosa y hacen derivaciones para aplicaciones en serie. El siguiente paso para el director de proyectos Kern y su equipo es integrar el ensamblaje modular a mayor escala en el preensamblaje.

Los diversos diseños y variantes de equipamiento de un modelo se pueden examinar de forma rápida y eficiente en diferentes entornos y condiciones de iluminación mediante representaciones virtuales. El objetivo principal es pasar el diseño a producción con el menor número de modificaciones y ponerlo en la carretera para los clientes. Con ese fin, los expertos analizan los borradores de diseño desde la fase inicial de desarrollo de un modelo hasta el lanzamiento de las herramientas para ver si realmente se pueden reproducir en la producción en serie. La aprobación final de las superficies de los autos se lleva a cabo en el llamado hito de control de datos.

Las herramientas más importantes para hacerlo son las pantallas gigantes, conocidas como powerwalls, que nos permiten mostrar el automóvil en su tamaño original. En combinación con el grupo de visualización, un grupo de computadoras con un total de 26,000 CPU, los automóviles se pueden presentar de manera realista y con cálculos de luz, sombra y reflexión basados físicamente. Este proceso es la base para el proceso virtual de toma de decisiones de diseño. Junto con la visualización powerwall, Audi también utiliza cada vez más pantallas montadas en la cabeza. La principal ventaja de este método es que permite a los expertos experimentar modelos virtuales desde la perspectiva del cliente. Debido a que este sistema especial de realidad virtual puede ejecutarse en hardware y software estándar, puede instalarse de manera rápida y flexible. Muchas personas pueden usarlo y se puede recrear fácilmente en otros lugares del mundo.

La tecnología de realidad virtual también se utiliza en la gestión de la tolerancia. De esa manera, Audi se asegura de que puede construir un modelo particular según las especificaciones tanto desde el punto de vista del diseño como de la calidad. Con la ayuda de una simulación 3D de la carrocería del vehículo, se pueden predecir con precisión los efectos de las tolerancias de los componentes y del ensamblaje en la apariencia del vehículo Los resultados de la simulación también se visualizan de forma realista utilizando la realidad virtual. De esa forma, los expertos en producción de Audi pueden influir en el proceso de diseño y desarrollo independientemente del tiempo y el lugar y, por primera vez, desde las instalaciones de producción.

La planificación del ensamblaje virtual no solo ahorra recursos materiales, sino que también hace posible una colaboración innovadora y flexible en diferentes ubicaciones. Elimina la necesidad de construir prototipos en el proceso de planificación. Un proceso de escaneo genera nubes de puntos tridimensionales que se pueden usar para realizar virtualmente ingeniería inversa de máquinas e infraestructura. El software se basa en inteligencia artificial y aprendizaje automático. Hace posible que los empleados de Audi naveguen virtualmente a través de las líneas de producción. Industrial Cloud de Volkswagen les brinda una herramienta eficiente que les permite, por ejemplo, comparar ubicaciones y utilizar soluciones apropiadas de otras líneas de producción en su planificación.

En este momento, Audi está trabajando con NavVis para probar Spot, el perro robot, para que puedan realizar los escaneos 3D de la manera más eficiente posible. Alrededor de cuatro millones de metros cuadrados (43 millones de pies cuadrados) y 13 plantas han estado involucradas desde que comenzó la digitalización del sitio en 2017. Escanear 100,000 metros cuadrados, por ejemplo, en la producción de Audi A6 en Neckarsulm, toma aproximadamente tres semanas en operación de un solo turno. Los escaneos solo se pueden hacer por la noche o los fines de semana. Además de eso, los obstáculos estructurales como escalones y puertas dificultan el trabajo de escaneo.

Por el contrario, Spot, el perro robot, puede hacer ese escaneo en 48 horas y descubrir su ruta de forma autónoma. Audi ha estado probando Spot intensamente desde diciembre de 2021. "Los resultados de las pruebas son extremadamente prometedores y se pueden actualizar periódicamente", dice el gerente de proyecto André Bongartz. “Los datos de entrada ingresan constantemente y podemos usarlos en la planificación de nuevos modelos de automóviles”. Cualquier rango de escaneos 3D se puede integrar en las imágenes virtuales, de lo cual es responsable el equipo de Andrés Kohler. “La combinación de todos los datos de planificación en nuestro gemelo digital nos ha brindado una visión holística de nuestros planes de producción futuros con años de anticipación”, explica Kohler. Como en una fábrica real, incluye la planta de producción, la tecnología de transporte, las herramientas, los estantes y los contenedores junto con el nuevo modelo de Audi.

Las secuencias de montaje y los aspectos logísticos son diseñados y optimizados en gran medida por equipos interdisciplinarios en lo que se conoce como talleres de procesos 3D. Gracias al gemelo digital y a una solución de realidad virtual interna, Audi aprovecha los beneficios de la digitalización y la visualización. Estos incluyen datos de componentes que se actualizan diariamente y una vista de varias variantes de automóviles. “Sobre todo, miramos la producción en términos de cómo se verá más adelante como un todo”, explica Andrés Kohler, quien enfatiza que la colaboración sigue siendo un elemento central: “El momento en que nos ponemos las gafas VR y conocemos a nuestros colegas en forma de avatares en el mundo virtual siempre es fascinante. Primero, construimos nuestro nuevo Audi allí o vemos un avatar generado por computadora y cómo se aplica como una simulación en tiempo real. Y cuando es necesario, mientras estamos allí juntos, discutimos y optimizamos las secuencias y el entorno del lugar de trabajo, por ejemplo, cómo configurar los materiales o qué herramientas se necesitan”.

La energía que consume el sitio de Audi en Ingolstadt en un año es equivalente a la cantidad que usa toda la ciudad. Los datos y el análisis de datos son herramientas esenciales para ahorrar energía. La herramienta Energy Analytics que Audi desarrolló internamente contribuye a una producción sostenible mientras se conservan los recursos. Nos permite señalar un alto consumo de energía en producción y en tiempos de no producción. Primero, los expertos recopilan datos de varias fuentes en un formato de datos consistente. Por ejemplo, recopilan datos de vehículos y componentes terminados, datos de energía de cabinas de pintura o pistolas de soldar e información sobre el consumo de iluminación y ventilación en los edificios En el siguiente paso, preparan los datos de forma transparente para los oficiales de energía, quienes pueden usarlos para analizar las curvas de energía. Si las necesidades energéticas superan los límites de tolerancia previamente definidos, pueden evaluar las causas y tomar medidas para reducir el consumo durante la producción o incluso reducir la carga base en las áreas de producción. En 2021, Audi pudo utilizar Energy Analytics y mejoras de procesos para ahorrar alrededor de 37,000 MWh en su sitio de Ingolstadt.

Para Audi, la inteligencia artificial y el aprendizaje automático son tecnologías clave en la transformación digital y la producción moderna. En el taller de prensado de Ingolstadt, por ejemplo, un algoritmo de IA ayuda a detectar grietas en los componentes. Ese procedimiento está respaldado por un software basado en una red neuronal artificial. El propio software identifica los defectos más pequeños y los marca de forma fiable. La solución se basa en el aprendizaje profundo, un tipo especial de aprendizaje automático que puede funcionar con volúmenes de datos no estructurados y de gran dimensión. El equipo utilizó varios millones de patrones de prueba para entrenar la red neuronal artificial durante meses. Esa base de datos comprende varios terabytes de estas imágenes de prensas en los sitios de Audi y varios sitios de Volkswagen.

En otro proyecto piloto, Audi utiliza inteligencia artificial para verificar la calidad de las soldaduras por puntos en la producción en seria en la planta de Neckarsulm. Se necesitan unos 5,300 puntos de soldadura para conectar entre sí los componentes de la carrocería de un Audi A6. Hasta ahora, los empleados de producción han estado usando ultrasonidos para monitorear aleatoriamente la calidad de la soldadura por puntos de resistencia (WPS). Como parte del proyecto piloto de WPS Analytics, los expertos utilizan inteligencia artificial (IA) para detectar anomalías de calidad automáticamente en tiempo real. Actualmente, el algoritmo, el tablero y la aplicación de análisis de calidad profunda se utilizan para construir el cuerpo del A6 y el A7. Sirve como modelo para otras aplicaciones en la producción en red.

Con la solución de servidor local Edge Cloud 4 Production, Audi está iniciando un cambio de paradigma en la automatización de fábricas. Después de una prueba exitosa en el Audi Production Lab (P-Lab), tres servidores locales se harán cargo del apoyo a los trabajadores en Böllinger Höfe. En producción en Neckarsulm, el Audi e-tron GT quattro y el R8 comparten una línea de montaje. Las series a pequeña escala producidas allí son especialmente adecuadas para probar proyectos del P-Lab y pruebas para series a gran escala. Audi quiere ser el primer fabricante del mundo en utilizar una solución de servidor central de este tipo en la producción sincronizada. Si la infraestructura del servidor continúa funcionando de manera confiable, Audi quiere implementar esta tecnología de automatización, la única de su tipo en el mundo, para la producción en serie en todo el grupo.

Con Edge Cloud 4 Production, unos pocos servidores locales y centralizados asumirán el trabajo de innumerables PC industriales costosos. La solución de servidor permite nivelar los picos de utilización en el número total de clientes virtualizados, lo que supone un uso de los recursos significativamente más eficiente. Se economizará la producción, particularmente en lo que se refiere a implementaciones de software, cambios de sistema operativo y gastos relacionados con TI. “Lo que estamos haciendo aquí es una revolución”, dice Gerd Walker, miembro del Consejo de Dirección de Producción y Logística de AUDI AG. “Solíamos tener que comprar hardware cuando queríamos introducir nuevas funciones. Con Edge Cloud 4 Production, solo compramos aplicaciones en forma de software. Este es el paso decisivo hacia la producción basada en plataformas de TI”.

En el campus educativo de Heilbronn, Audi trabaja en estrecha colaboración con la Universidad Técnica de Múnich y el Instituto Fraunhofer de Ingeniería Industrial (IAO) en el campo de la digitalización. La "Iniciativa Automotriz 2025" (AI25) de Audi tiene como objetivo establecer la red líder mundial de experiencia para Transformación e innovación de la fábrica digital. AI25 se ve a sí mismo como un generador de ideas y un componente importante de la transición digital. La planta de Audi en Neckarsulm desempeñará un papel fundamental como fábrica piloto para la transformación digital del Grupo Volkswagen. El laboratorio real de Böllinger Höfe juega aquí un papel decisivo. Además, Audi usa su Production Lab en Gaimersheim para identificar tecnologías nuevas e innovadoras e integrarlas de manera confiable al proceso de producción. Allí, los expertos comprueban la idoneidad de las nuevas soluciones para la producción en serie en estrecha colaboración con los usuarios.