La planificación digital en la producción del Audi e-tron GT

El Audi e-tron GT es el primer modelo de la marca de los cuatro aros cuya producción se ha planificado íntegramente sin prototipos físicos. Múltiples innovaciones técnicas lo han hecho posible, incluyendo escaneos tridimensionales de edificios, procesos de aprendizaje de máquina y el uso de la realidad virtual (RV). Todos los procesos de montaje, al igual que los procedimientos y las acciones de los operarios, se probaron y optimizaron en espacios virtuales que replican a sus homólogos del mundo real hasta el más mínimo detalle. La planificación virtual se utiliza ahora más allá de los límites de las instalaciones, lo que permite el trabajo digital y conectado sin desplazamientos al extranjero; y no solo durante la pandemia de coronavirus. El escaneo en 3D y la planificación en espacios virtuales hacen que los procesos sean más eficientes y sostenibles.

¿Dónde se utiliza la planificación virtual y por qué el escaneo 3D es tan importante?

En el proceso convencional de la producción de un nuevo Audi se utilizan diversos prototipos, que se fabrican como modelos únicos con piezas hechas a mano. Esto requiere mucho tiempo y dinero. La planificación del montaje utiliza estos prototipos para definir y optimizar los procesos de producción posteriores. ¿Cuáles son las tareas de los operarios? ¿Dónde tiene que estar ubicada una pieza para que tengan un acceso óptimo a ella? ¿Puede el operario sostener e instalar la pieza por sí mismo? ¿Cómo tiene que moverse para hacerlo? ¿Hay otras piezas que le estorben? ¿Qué herramientas necesita? Durante la planificación de la producción del Audi e-tron GT, estas preguntas se respondieron en el mundo virtual. Cada paso y cada acción se probó digitalmente mediante realidad virtual (RV), para asegurar que durante la fase de producción en serie, todos los procesos estén adecuadamente secuenciados y los ciclos a lo largo de la línea, perfectamente coordinados. Esto requiere que cada detalle de la sala de producción se diseñe con precisión y a escala. Aquí entra en juego el escaneo en 3D: utilizando un hardware y un software especial, se crea una reproducción virtual de las instalaciones físicas, incluyendo todo el equipo, herramientas y estantes. Por lo tanto, la planta de Audi Böllinger Höfe, en la sede de Neckarsulm, donde se construye el Audi e-tron GT, también existe en el mundo digital. Gracias a los nuevos métodos, la producción del mañana se puede planificar con años de antelación tomando como base este modelo.

¿Cómo funcionan los escáneres 3D y qué papel juega la inteligencia artificial?

Un escáner -el hardware- es esencial para generar los datos correspondientes. Tiene aproximadamente dos metros de altura y está montado sobre cuatro ruedas para que un operario pueda moverlo. En la parte superior hay una unidad de medición de distancia por láser LiDAR (Light Detection and Ranging) y tres escáneres láser adicionales, así como una cámara. Mientras se escanea un espacio, se llevan a cabo simultáneamente dos procesos: la cámara de gran angular toma una foto de ese espacio, mientras que los láseres lo miden con precisión y generan una nube tridimensional de puntos de ese entorno. Con esta tecnología, solo en el emplazamiento de Neckarsulm ya se han escaneado 250.000 metros cuadrados en las instalaciones de producción. Pero es la interacción entre el hardware y el software la que toma los puntos, las imágenes y los conjuntos de datos generados, y los convierte en una imagen global que puede ser utilizada con los sistemas de planificación existentes. El software empleado es un desarrollo propio de Audi, basado en la inteligencia artificial y el aprendizaje de máquina.

La nube de puntos y las fotografías se combinan para producir un espacio tridimensional foto-realista, similar a lo que se ve en Google Street View. Las proporciones son fieles a la escala y se corresponden con la realidad. El software también reconoce automáticamente todos los objetos en el espacio, como máquinas, estantes y sistemas. Con cada escaneo, también aprende automáticamente a reconocer, distinguir y clasificar los objetos con mayor precisión. Por ejemplo, el sistema distingue entre un estante y una viga de acero. Después, el programa podría cambiar la posición de la estantería y reubicarla en el espacio virtual. Estos datos permiten un recorrido virtual de la instalación de producción escaneada desde cualquier punto de partida, y se puede utilizar directamente en los procesos de planificación.

¿Dónde se utiliza ya la planificación virtual con la realidad virtual y qué ventajas ofrece?

El Audi e-tron GT es el primer vehículo de la marca para el que los procedimientos de montaje y los procesos logísticos asociados se probaron exclusivamente de forma virtual, sin ningún tipo de prototipo físico. Para ello, se prepara un modelo holístico y virtual del montaje previsto con los datos del vehículo, la gestión de los materiales, el equipamiento, las herramientas y los procesos planificados: el llamado modelo digital. El escaneo en 3D es un elemento de este paso, y la base para otras innovaciones, como explica Andrés Kohler, responsable de la planificación virtual de los procesos de fabricación en Audi. “Gracias a una solución de RV desarrollada en Audi y al modelo digital, nuestros compañeros en todo el mundo ahora se pueden reunir en espacios virtuales y situarse dentro de la planta de producción del mañana. Pueden supervisar a los trabajadores digitales mientras realizan los procedimientos planificados. Con nuestra aplicación, también pueden experimentar y optimizar esos procesos para cualquier variante del proceso”. Los resultados se pueden aplicar para formar a los operarios, también en base a la aplicación RV.

Estas nuevas posibilidades se utilizan ya en un número cada vez mayor de proyectos adicionales y en múltiples sedes. Por ejemplo, en las instalaciones de Audi en San José Chiapa, México, se celebró una reunión del grupo de trabajo de 3P (3P = Proceso de Preparación de la Producción), en el que también participaron miembros del equipo del proyecto en Ingolstadt. Como avatares digitales completamente virtuales, los expertos trataron y planificaron la producción de la remodelación del Audi Q5 y el nuevo Q5 Sportback.

Todos los procedimientos de montaje se definen conjuntamente y se prueban en tiempo real, al igual que los aspectos ergonómicos o la disposición exacta de las máquinas, estantes y piezas a lo largo de la línea de montaje. Dentro del Grupo, Audi lidera el desarrollo de la solución integral de RV, incluido el modelo digital. Se está implementando como proyecto del Grupo bajo la dirección de la marca de los cuatro aros, y se está extendiendo cada vez a más sedes.

Además de edificios y procesos ¿cómo funciona la planificación del contenedor virtual?

La planificación virtual no se limita a los procesos y procedimientos de trabajo. También pueden planificarse con esta tecnología objetos como contenedores para el transporte y el almacenamiento de piezas delicadas, llamados contenedores de carga especial. Estos depósitos para componentes individuales, que pueden ser particularmente delicados en el Audi e-tron GT (como módulos eléctricos o partes interiores), se planificaron con las aplicaciones de realidad virtual de Audi cross-site y cross-division, en lugar de usar múltiples prototipos físicos de hierro y acero. La planificación del contenedor virtual funciona así: dado que hay conjuntos de datos para todos los componentes, se pueden cargar directamente y a escala en la aplicación de RV. Al igual que en los talleres 3P, múltiples operarios de diferentes localizaciones se reúnen en un espacio virtual, donde utilizan la pieza para comprobar cuál es el transporte perfecto y a medida para esa carga. En este proceso participan operarios de logística, planificación de montaje, seguridad laboral, garantía de calidad, planificación del flujo de materiales y también proveedores. Utilizan bolígrafos digitales para marcar sus cambios en los contenedores virtuales, que se cargan y descargan, se mueven y se miden durante este proceso.

La seguridad óptima de la pieza durante el transporte es uno de los objetivos de esta planificación. Pero los operarios o un robot también deben ser capaces de agarrar fácilmente la pieza y sacarla del depósito de transporte. Una vez completado el diseño virtual, se exportan los datos y se fabrica el contenedor de transporte físico.

¿Qué hace que la planificación virtual sea tan sostenible y ecológica?

A veces, menos es más. Por lo tanto, hay tres puntos que hacen que la planificación virtual sea tan sostenible:

• Menos recursos: la planificación virtual del Audi e-tron GT sin prototipos físicos ahorró no solo tiempo, sino también materiales y, por tanto, recursos. Ocurre lo mismo con los sistemas especiales de transporte y la planificación de contenedores virtuales. La fabricación de prototipos de hierro y acero requiere recursos y energía. La planificación virtual hace que este paso sea superfluo en muchos casos.
• Menos residuos: en lugar de sistemas especiales de transporte, a menudo las piezas delicadas se transportaban en sistemas universales con un revestimiento protector específico. Sin embargo, este revestimiento protector siempre es desechable y el uso de contenedores personalizados lo hace superfluo. Así pues, la planificación virtual reduce directamente los desechos.
• Menos viajes de trabajo: la sostenibilidad y la protección del medio ambiente son el objetivo principal. Pero en tiempos de pandemia con el coronavirus, también hay razones de salud para reducir tanto como sea posible el número de viajes de trabajo. La planificación virtual es una gran contribución en este sentido. Procesos que antes requerían de una reunión física, ahora son posibles en un espacio virtual.

¿Qué perspectivas de futuro abre la planificación virtual?

El modelo digital es la base de otras alternativas en el espacio virtual. Si se combinan las posibilidades de la planificación virtual, incluyendo el modelo digital, las exploraciones 3D y la aplicación de la realidad virtual con las de la impresión 3D, en el futuro los grupos de trabajo 3P también se podrían realizar en realidad mixta. Las piezas individuales se producirían entonces de inmediato a través de una impresora 3D y solo con una pequeña cantidad de recursos. Esto permite la prueba física de los elementos individuales en el espacio virtual, como la evaluación de la háptica y el peso de las piezas. Se trata de un paso clave que combina las ventajas de ambos mundos. Las reuniones virtuales y la colaboración a través de avatares en el mundo virtual podrían sustituir cada vez más a las misiones en el extranjero y a los viajes de negocios más largos. Ya es posible hoy en día utilizar los espacios creados por el escáner 3D para la navegación digital en interiores. Y el posicionamiento de las máquinas y equipos en el espacio puede planificarse hasta el centímetro utilizando la realidad aumentada.