Kistler apoya a tepcon con el desarrollo de un modelo de mantenimiento predictivo

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Los expertos en software de tepcon  se han asociado con el nuevo Laboratorio de Soluciones Digitales de Kistler para integrar la capacidad de mantenimiento predictivo en los sistemas de procedimiento húmedo desarrollados por AP&S, la empresa hermana de tepcon

Kistler apoya a tepcon con el desarrollo de un modelo de mantenimiento predictivo

Este proyecto de desarrollo en el sector de la producción de semiconductores toma el aprendizaje automático como base para crear inteligencia con capacidad predictiva, independientemente de la planta individual.

El sector de los semiconductores es uno de los más complejos de toda la industria: los circuitos y microestructuras como los MEMS son cada vez más compactos y potentes, mientras que la tecnología de producción también evoluciona a un ritmo incesante. Hoy en día, se necesitan de 400 a 1000 pasos individuales para fabricar un solo chip, lo que da como resultado cadenas de valor complejas que se extienden por todo el mundo y son difíciles de comprender y administrar.

Una de las piezas de este intrincado rompecabezas es AP&S, una empresa con sede en Donaueschingen, en la Selva Negra, extremo suroeste de Alemania. Se ha especializado en la fabricación de sistemas de procedimiento húmedo que se utilizan para la limpieza y el procesamiento de superficies (grabado, decapado y recubrimiento) de obleas y sustratos. 160 empleados en todo el mundo desarrollan y fabrican equipos aquí en dos segmentos: procesamiento de obleas individuales y procesamiento por lotes. La cartera de AP&S también incluye servicios como reparaciones de sistemas y revisiones completas.

Software inteligente: la clave del valor añadido productivo

El mercado establece requisitos exigentes: máxima disponibilidad de la máquina, alta calidad en el procedimiento de la planta, con diseño de maquinaria modular y flexible, y tiempos de respuesta rápidos en caso de fallos. AP&S hace todo lo posible para hacer frente a estos desafíos, por lo que el desarrollo continuo de productos y sistemas es un factor clave del éxito para la compañía. Las soluciones innovadoras de la Industria 4.0 juegan un papel determinante aquí. Es por eso que AP&S adquirió una participación en tepcon GmbH, la compañía de software. Al dar este paso, AP&S amplió su conocimiento en áreas como software, conectividad e IoT (Internet of Things), que son factores cada vez más importantes en la ingeniería mecánica, el mantenimiento y el control de máquinas.

Toda la estrategia de IoT de AP&S se basa en soluciones de su subsidiaria tepcon. Pero el experto en software también permanece activo en el mercado como proveedor B2B (bussines to bussines) independiente. Su oferta incluye aplicaciones IIoT (industrial internet of things) como supervisión del estado, aprendizaje automático (ML) y realidad aumentada, lo que abre el camino a procesos más eficientes para los clientes finales de una amplia variedad de sectores. Christoph Kluge, Director Gerente de tepcon, describe los efectos de sinergia de esta estructura: "El factor decisivo para nosotros, como especialistas en TI, es nuestra proximidad física a AP&S, el fabricante de maquinaria especial. Trabajamos juntos en cada proyecto de software desde el desde el principio, para saber exactamente qué es lo más importante en el trabajo de desarrollo.

Optimización de procesos, ventaja competitiva y ahorro de costes para los clientes finales: siempre nos enfocamos en lograr esos objetivos. Gracias a la realidad aumentada (AR), por ejemplo, lo hacemos posible para un técnico de servicio, al proyectar los datos de la máquina actual en la máquina con gafas AR. Eso elimina manipulaciones complicadas en la HMI (interfaz hombre-máquina). Las gafas AR también permiten a los técnicos ver las instrucciones paso a paso diciéndoles exactamente donde necesitan intervenir".

¿Cómo es posible predecir interrupciones en plantas complejas?

Actualmente se está llevando a cabo un proyecto para desarrollar una nueva funcionalidad para el mantenimiento predictivo. Las interrupciones de las máquinas pueden costar mucho dinero a los clientes finales: según la etapa de procesamiento y los tipos de sustrato, el valor de un lote de obleas en una planta puede llegar fácilmente a seis dígitos. Stefan Wolf, desarrollador de software de tepcon, explica: "La interacción entre los diferentes componentes en estas plantas es a menudo tan compleja que la causa de la interrupción de una máquina no está clara de inmediato, por lo que el primer paso es localizarla".

Desde que completó su trabajo fin de master en 2017, Wolf se ha centrado en el aprendizaje automático y, en octubre de 2018, asumió la gestión del proyecto de mantenimiento predictivo. "Esto significaba que teníamos que encontrar una manera de obtener información significativa de la máquina, evaluarla de la manera adecuada y utilizar estos datos como base para las predicciones".

La compañía tepcon invitó al nuevo Laboratorio de Soluciones Digitales de Kistler a incorporarse como socio de desarrollo para la tecnología de sensores y la adquisición de datos. La nueva unidad está dirigida por Marco Angliker, director del Kistler Digital Solutions Lab. Él retoma la historia: "Hemos reunido un equipo poderoso que combina el conocimiento de la tecnología de medición con la experiencia en software y desarrollo. El enfoque principal aquí no está en productos o tecnologías, sino en obtener una comprensión precisa de los objetivos del cliente, brindando las personas adecuadas juntas y trabajando conjuntamente para encontrar la clave para resolver problemas que, a menudo, son muy complejos".

Innovación digital con el laboratorio de soluciones digitales de Kistler

El Laboratorio de Soluciones Digitales interno es el foco en donde el Grupo Kistler combina su conocimiento en tecnología de medición, desarrollo de software y metodología con su amplia experiencia en asesoría. Los socios se benefician de muchas ventajas especiales:
- Asesoramiento y desarrollo personalizados e individuales
- Manejo de proyectos centrado en los objetivos, gracias a una profunda experiencia en métodos y procesos
- Asociaciones cercanas sustentadas en la confianza, que a menudo duran muchos años
- Expertos con conocimientos técnicos en toda la cadena de medición
- Conocimientos de aplicaciones y dominios de amplio alcance
- Experiencia en software para proyectos -despliegue específico de productos y tecnologías de Kistler basados en la nube
- Acceso a un amplio conjunto de módulos de software para el desarrollo flexible de servicios digitales
- Combinación óptima de productos de Kistler para cada aplicación específica

El énfasis aquí está en un objetivo: permitir que los socios utilicen sus datos de la manera más eficiente posible, con el enfoque siempre en el objetivo de crear nuevas funcionalidades y modelos comerciales en el entorno digital.

“Escuchar” directamente a la máquina

Los componentes centrales, como bombas, placas giratorias y unidades de ventilador de filtro (FFU) en un total de cuatro máquinas AP&S, se han equipado con acelerómetros uniaxiales y triaxiales de Kistler, así como sensores de distancia de un proveedor externo. El volumen de datos registrados por planta y día es de unos 120 gigabytes. "Los sensores de Kistler, en realidad, nos permiten escuchar a la máquina. Graban el sonido transmitido por la estructura y los datos de posición que nos indican cuándo la planta está entrando en un rango anormal y es probable que falle pronto", explica Wolf.

Ahora el desafío es desarrollar inteligencia que pueda predecir interrupciones con un grado específico de probabilidad, pero sin limitarse a un tipo particular de planta. tepcon está implementando el aprendizaje automático para lograr esto: las grandes cantidades de datos se almacenan localmente en un PC industrial (IPC); más adelante, se transfieren a un back-end en la nube donde se entrena la inteligencia artificial (IA). Basado en el concepto de aprendizaje automático, esta IA se entrena con los datos registrados continuamente desde varios sistemas. Esto mejora gradualmente su capacidad para comprender las diferencias entre las condiciones operativas normales y críticas.

Experiencia en tecnología de medición y conocimientos de software de una sola fuente

"Kistler Digital Solutions Lab es un socio muy valioso en este proceso de desarrollo abierto a largo plazo", enfatiza Wolf. "El hecho es que cada tipo de sistema es diferente, por lo que cada uno debe estar equipado individualmente con la tecnología de medición adecuada. Teniendo esto en cuenta, el nuevo sistema de adquisición de datos KIDAQ de Kistler satisface nuestras necesidades de manera excelente: es flexible, puede operar con muchos sensores diferentes, y cuenta con una instalación y configuración eficientes. La opción de simplemente registrar datos brutos sin evaluación directa también es muy útil". KiDAQ es uno de los elementos del extenso conjunto de herramientas tecnológicas que utiliza el Laboratorio de Soluciones Digitales de Kistler para ofrecer a sus clientes soluciones eficientes adaptadas precisamente a sus necesidades.

El registro continuo de datos y grandes cantidades de datos requirieron especial atención a los detalles de la configuración de KIDAQ junto con el IPC para el almacenamiento de datos. Era necesario especificar la configuración del sensor, la asignación de canales, la frecuencia de muestreo, los intervalos de almacenamiento y otros parámetros. Para satisfacer estas necesidades, Kistler ofreció la opción de controlar el KiDAQ directamente desde el IPC a través de la línea de comandos.

"Estamos muy satisfechos con el apoyo que recibimos del Kistler Digital Solutions Lab, desde la puesta en marcha y la integración hasta la programación. Eso no es algo que pueda encontrar en ningún otro lugar del mercado", señala Wolf. "La combinación de asesoramiento, asociación de desarrollo y tecnologías innovadoras de Kistler es única. Cuando se enfrenta a un desafío complejo y abierto, se alegra si alguien está dispuesto a escucharlo, pero gracias al laboratorio de soluciones digitales de Kistler, también teníamos acceso a los conocimientos técnicos necesarios para dominar los detalles de los pasos que condujeron a la solución".

Avanzando hacia un nivel superior de inteligencia artificial

Un ejemplo de estos desafíos fue el hecho de que algunos de los sistemas están ubicados en un entorno de sala limpia, lo que significa que la programación también debe llevarse a cabo allí. "Reservamos una semana completa en la sala limpia para configurar y programar toda la adquisición de datos en el sistema, incluida la tecnología de medición. Gracias a la configuración eficiente del KiDAQ de Kistler, ya habíamos completado este paso el miércoles de esa semana. Cualquiera que haya llevado a cabo alguna vez la programación del sistema en un kit completo en una sala limpia puede juzgar cuánto más fácil eso hizo nuestro trabajo ", señala Wolf.

tepcon ya ha obtenido la Prueba de concepto para sistemas individuales; ahora se pueden predecir interrupciones en ellos con un grado muy alto de probabilidad. Pero aún queda mucho por hacer. Christoph Kluge describe su visión: "Si podemos tener éxito en el desarrollo de una 'inteligencia por encima de la inteligencia' que pueda predecir interrupciones inminentes con alta probabilidad, digamos 80 por ciento, porque el aprendizaje automático es siempre probabilístico, y si las predicciones no son específicas de la planta Bueno, eso sería algo que muchos clientes industriales querrían”. Kluge continúa: "Entonces, estamos en el camino. En una etapa posterior, esta inteligencia en evolución podría integrarse directamente en el KiDAQ o los sistemas, no solo en AP&S, sino también para otros proveedores más allá de la industria de semiconductores".

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