MongoDB-Atlas - fischertechnik

Las fábricas virtuales están revolucionando el panorama de la fabricación. Este enfoque innovador, que el Grupo BMW denomina en NVIDIA como la «Revolución en la planificación de fábricas», está transformando la forma de trabajar de empresas como BMW y Hyundai gracias a asociaciones pioneras con empresas tecnológicas como NVIDIA y Unity. En el centro de esta revolución se encuentra el concepto de fábricas virtuales, réplicas informáticas de instalaciones de fabricación reales. Estas fábricas virtuales imitan con precisión las características y detalles de las fábricas físicas, convirtiéndose así en una herramienta poderosa para que los fabricantes optimicen sus procesos. Mediante el uso de IA, abren posibilidades completamente nuevas, revolucionan el panorama de la fabricación y allanan el camino para aumentos de productividad, ahorros de costes e innovaciones.
En este blog exploraremos las ventajas de las fábricas virtuales y le mostraremos cómo puede construir su propia fábrica virtual con MongoDB Atlas. ¡Vamos a sumergirnos!

Desbloqueando la Transformación Digital

La digitalización de la industria manufacturera ha llevado al desarrollo de fábricas inteligentes. Estas fábricas avanzadas integran sensores IoT en sus máquinas y equipos, lo que permite a los empleados obtener conocimientos basados en datos sobre sus procesos de fabricación. Sin embargo, el desarrollo no se limita a las fábricas inteligentes que automatizan y optimizan la producción física. La aparición de fábricas virtuales conduce a capacidades de simulación y monitoreo remoto, lo que resulta en la creación de gemelos digitales de fábricas, como se muestra en la Figura 1.

Al combinar los conceptos de fábricas inteligentes y virtuales, los fabricantes pueden alcanzar un nivel superior de eficiencia, productividad, flexibilidad e innovación.

El uso de fábricas virtuales en empresas manufactureras ofrece muchas ventajas, entre ellas:

Optimización de los procesos de producción e identificación de ineficiencias. Esto puede conducir a una mayor eficiencia, menos desperdicio y una mejor calidad.
Apoyo al control de calidad mediante la contextualización de los datos de los sensores con el proceso de fabricación. Esto permite analizar problemas de calidad y aplicar las medidas de control necesarias en procesos de producción complejos.
Simulación de procesos de fabricación y prueba de nuevos productos o ideas sin necesidad de prototipos físicos o instalaciones de producción reales. Esto reduce considerablemente los costos asociados a la investigación y desarrollo y minimiza el riesgo de errores en el producto.

Sin embargo, la creación de una fábrica virtual para procesos de fabricación complejos es difícil. Los desafíos incluyen gestionar sobrecargas del sistema, procesar enormes cantidades de datos provenientes de fábricas físicas y crear visualizaciones precisas. Además, la fábrica virtual debe adaptarse con el tiempo a los cambios en la fábrica física. Ante estos desafíos, es fundamental contar con una plataforma de datos que pueda contextualizar todos los datos entrantes de la fábrica física y luego enviarlos a la fábrica virtual, y viceversa. Y aquí es donde entra en juego MongoDB Atlas, nuestra base de datos moderna. Ofrece funciones de sincronización entre el mundo físico y el virtual, permite un modelado de datos flexible y proporciona acceso a los datos a través de una interfaz de consulta unificada, como se muestra en la Figura 2.

Después de haber discutido las ventajas y los desafíos de construir fábricas virtuales, veamos lo sencillo que es crear una fábrica virtual con MongoDB Atlas.

Cómo construir una fábrica virtual MongoDB Atlas

1. Defina los requisitos empresariales

El primer paso del proceso es definir los requisitos empresariales para la fábrica virtual. Nuestro equipo en MongoDB utiliza un modelo de fábrica inteligente de Fischertechnik para demostrar lo fácil que es integrar MongoDB para resolver los desafíos de la transformación digital del IIoT en la fabricación. Este banco de pruebas sirve como nuestra fábrica física básica y como punto de partida para este proyecto.

Hemos definido nuestros requisitos comerciales de la siguiente manera:

Implementación de una operación virtual de la fábrica física para identificar optimizaciones en el diseño y los procesos.
Proporcionar transparencia en tiempo real sobre las condiciones físicas de la fábrica, como el inventario, para mejorar los procesos.

El último requisito es de vital importancia. Los modelos de simulación independientes de las fábricas pueden ser útiles, pero generalmente no consideran los datos en tiempo real de la fábrica física. Al conectar la fábrica física con la virtual, se puede crear un gemelo digital que tenga en cuenta el rendimiento real de la fábrica física en tiempo real. Esto permite predicciones más precisas sobre el rendimiento de la fábrica, mejorando la toma de decisiones y la optimización de procesos, y posibilita la supervisión y el control remotos, reduciendo el tiempo de inactividad y mejorando los tiempos de respuesta.

2. Creación de un modelo 3D

Basándonos en los requisitos comerciales establecidos previamente, hemos creado un modelo 3D de la fábrica en un motor de juegos muy utilizado, Unity. Este modelo virtual puede visualizarse con un ordenador, una tableta o cualquier casco de realidad virtual.

Además, hemos añadido cuatro botones diferentes (rojo, blanco, azul y «Parar») que permiten a los usuarios enviar órdenes de producción a la fábrica física o detener completamente el proceso.

3. Conectar la fábrica física y la virtual

Después de crear el modelo 3D, conectamos la fábrica física y la virtual a través de MongoDB Atlas. Comencemos con nuestra aplicación de software para la fábrica virtual. Independientemente de dónde la utilice, ya sea en un casco o en una tableta, puede usar Realm de MongoDB para representar datos localmente en Unity y luego sincronizarlos con MongoDB Atlas como capa central de datos. De este modo, podemos implementar bases de datos embebidas donde los recursos son limitados y utilizar MongoDB Atlas como una tecnología de backend en la nube potente y escalable.

Y finalmente, para garantizar la sincronización de datos y la comunicación entre estos dos componentes, utilizamos MongoDB Atlas Device Sync, que ofrece un mecanismo de sincronización bidireccional y gestión de red.

Ahora que hemos configurado nuestra fábrica virtual, echemos un vistazo a nuestra fábrica física.

En un entorno de fabricación real, muchos de los sistemas de conectividad en la producción pueden conectarse con MongoDB Atlas, y para aquellos que no lo hacen de forma nativa, es muy sencillo crear un conector. A nivel de fabricación, puede configurar MongoDB para analizar y visualizar sus datos localmente, así como para configurar vistas materializadas. A nivel de nube, puede transferir datos directamente a MongoDB Atlas o utilizar nuestra función de sincronización de clúster a clúster.
Un solo dispositivo IoT no genera muchos datos por sí mismo. Sin embargo, a medida que aumenta el número de dispositivos, también crece el volumen de datos generados por máquinas y, con ello, la complejidad de la arquitectura de almacenamiento de datos necesaria. La capa de almacenamiento de datos suele ser una de las principales causas de problemas de rendimiento cuando una aplicación escala. Una arquitectura de almacenamiento de datos bien diseñada es un componente crucial de cualquier plataforma IoT.

En nuestro proyecto hemos integrado AWS IoT Core para suscribirnos a mensajes MQTT desde la fábrica física. Una vez que estos mensajes son recibidos y filtrados, se transmiten a MongoDB Atlas a través de un endpoint HTTP. El endpoint HTTP entonces activa una función que almacena los mensajes en la colección correspondiente según su origen (por ejemplo, los mensajes de la cámara se almacenan en la colección de cámaras). Con MongoDB Atlas, puede archivar sus datos a medida que crece el volumen de datos utilizando nuestra función Atlas Online Archive.

En la Figura 5 vemos todo lo que hemos reunido hasta ahora. A la izquierda está nuestra fábrica virtual, donde los usuarios pueden realizar un pedido. La información del pedido se almacena en Realm, se sincroniza con MongoDB Atlas mediante Atlas Device Sync y se envía a la fábrica física a través de Atlas Triggers. Por otro lado, la fábrica física envía datos de sensores e información de eventos sobre el movimiento físico de los artículos dentro de la fábrica.

¡MongoDB Atlas ofrece la experiencia completa de plataforma de datos para conectar el mundo físico y el virtual!

4. Modelado de datos

Ahora que la conexión está establecida, queremos centrarnos en el modelado de los datos entrantes. Como quizás sepa, todos los datos que pueden representarse en JSON pueden almacenarse de forma nativa en MongoDB y recuperarse fácilmente. Los controladores de MongoDB se encargan de convertir los datos a BSON (JSON binario) y viceversa cuando se consulta la base de datos. Además, puede utilizar documentos para modelar los datos según sus necesidades, ya sean pares clave-valor, datos de series temporales o datos de eventos.
En cuanto a los datos de series temporales, MongoDB Time Series le permite almacenar automáticamente datos de series temporales en un formato altamente optimizado y comprimido, lo que reduce el espacio de almacenamiento para los clientes y proporciona un mayor rendimiento de consulta a gran escala.
Es realmente tan sencillo como parece, y lo mejor de todo es que hacemos todo esto dentro de MongoDB Atlas, lo que impacta directamente en la productividad de los desarrolladores.

5. Activar la visión por computadora para la gestión de inventario en tiempo real

Una vez que hemos modelado los datos y establecido la conectividad, nuestro último paso es realizar análisis basados en eventos en nuestra base de datos moderna. Hemos utilizado visión por computadora e inteligencia artificial para analizar el estado del inventario en la fábrica física y luego enviar notificaciones a la fábrica virtual. Cuando el usuario intenta pedir una pieza en la fábrica virtual que no está en stock, recibe inmediatamente una notificación de la fábrica física. Todo esto es posible gracias a MongoDB Atlas y sus conectores con diversas plataformas de IA
Si desea obtener más información, permanezca atento a la parte 2 de esta serie de blogs, donde abordaremos en profundidad las consideraciones técnicas de este último paso.

Conclusión

Al invertir en una fábrica virtual, las empresas pueden optimizar sus procesos de producción, mejorar el control de calidad y realizar pruebas rentables, lo que en última instancia conduce a un aumento de la eficiencia y la innovación en la fabricación.
MongoDB, con sus completas características y funcionalidades que cubren todo el ciclo de vida de los datos de fabricación, está bien posicionado para implementar funciones de fábrica virtual para la industria manufacturera. Estas capacidades colocan a MongoDB en una posición única para acelerar la transformación digital de las empresas manufactureras.

Modernice sus procesos fabriles: construya una fábrica virtual con MongoDB Atlas en 5 sencillos pasos.