Desarrollo de un gemelo digital de la fábrica de refrescos didáctica del CEAI SENA
Desde la máquina de vapor, pasando por el nacimiento del automóvil y las cadenas de montaje, hasta la implantación de las nuevas Tecnologías de la Información y la comunicación (TIC); todo avance aplicado al ámbito del desarrollo industrial ha hecho posible que actualmente se hable de una cuarta rev...
- Autores:
-
Londoño Martínez, Ronny Alexis
Bolaños Martínez, Geraldine
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2020
- Institución:
- Universidad Autónoma de Occidente
- Repositorio:
- RED: Repositorio Educativo Digital UAO
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Ingeniería Mecatrónica
Gemelo digital
Sistemas ciberfísicos
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Desde la máquina de vapor, pasando por el nacimiento del automóvil y las cadenas de montaje, hasta la implantación de las nuevas Tecnologías de la Información y la comunicación (TIC); todo avance aplicado al ámbito del desarrollo industrial ha hecho posible que actualmente se hable de una cuarta revolución industrial, basada en la aplicación de tecnologías novedosas y con interesantes aplicaciones en el mundo industrial. Todas estas tecnologías desarrolladas en las últimas décadas están englobadas en el concepto de Industria 4.0. Cuando se habla de industria 4.0 se habla de transformación, avances y desarrollos en diferentes ámbitos. Cabe destacar que algunas de las tecnologías más relevantes son el IoT, la robótica, la manufactura aditiva, el cloud computing, el big data, la realidad virtual y aumentada, y el que se encuentre en el centro de esta revolución, los sistemas ciberfísicos, que son el resultado directo de aprovechar las tecnologías antes mencionadas. La integración de estas tecnologías conforman los sistemas ciberfísicos, los cuales son la unión del mundo real con el mundo digital incorporando componentes físicos con elementos de cómputo, almacenamiento remoto de información y redes de comunicación, etc. El aspecto clave de esta nueva tecnología son los gemelos digitales, los cuales son modelos que no son más que réplicas virtuales de procesos que simulan el comportamiento del sistema original. Este proyecto tiene como objetivo principal desarrollar un gemelo digital de la fábrica de refrescos didáctica del CEAI SENA que permita la emulación del comportamiento de la misma. El proyecto empieza planteando la problemática presente en el Sena junto a la justificación y los antecedentes del tema para tener una idea del estado del arte de los gemelos digitales. En el marco teórico se presenta una introducción a la industria 4.0 y se exploran los conceptos más relevantes que giran a su alrededor, enfocándose en los sistemas ciberfísicos y el gemelo digital. Más adelante se realiza un estudio de la planta para conocer las especificaciones técnicas y su funcionamiento. En la metodología se explica el desarrollo del gemelo digital desde la selección de software hasta el planteamiento de la solución en el cual se sigue un proceso de modelado de la planta, adaptación de la física básica, implementación de sensores y actuadores virtuales, creación de programa de control y la posterior comunicación entre el modelo y el código de PLC, así como el enlace entre la planta física y digital. También se dedica un capítulo dentro de la metodología para diseñar un manual del software NX MCD para conocer su interfaz y las herramientas que posee, para que así sea usado en el futuro por otras personas como una guía introductoria de este software |
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[1]L. Boone, “Industry 4.0 (Fourth Industrial Revolution),” Salem PressEncyclopedia. Salem Press, 2019. [En línea]. Disponible enhttp://ezproxy.uao.edu.co:2048/login?url=http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=e rs&AN=119214086&lang=es&site=eds-live [2]D. U. Campos Delgado, “¿Qué Son Los Sistemas Ciberfísicos?,” UniversitariosPotosinos. Divulgando Mirador de la Ciencia, pp. 36 – 37, no. 224, jun., 2018. [Enlínea]. Disponible enhttp://www.uaslp.mx/ComunicacionSocial/Documents/Divulgacion/Revista/Quince/universitarios%20potosinos%20224.pdf [3]A. Parrott y L. Warshaw, “Industry 4.0 and the Digital Twin,” Deloitte UniversityPress, 2017. [En línea]. Disponible en https://dupress.deloitte.com/dup-us-en/focus/industry-4-0/digital-twin-technology-smart-factory.html [4]L. Joyanes Aguilar, “Industria 4.0: La cuarta Revolución Industrial,” Alfaomega:Bogotá, 1ª ed., p. 271, 2018. [5]P. Rodríguez Canfranc, “Gemelos digitales en medicina: llegan nuestros doblesvirtuales”, Telos, p. 1, 15, 17, Mar. 2019. [En línea]. Disponible en:https://telos.fundaciontelefonica.com/la-cofa/gemelos-digitales-en-medicina-llegan-nuestros-dobles-virtuales/ [6]Q. Qi and F. Tao, "Digital Twin and Big Data Towards Smart Manufacturing andIndustry 4.0: 360 Degree Comparison," IEEE Access, vol. 6, pp. 3585-3593, 2018,doi: 10.1109/ACCESS.2018.2793265. [7]A. Y.C. Nee y S.K. Ong, “ Virtual and Augmented Reality Applications inManufacturing”. Universidad Nacional de Singapur, vol. 46 no. 9 , pp. 15 – 26, Jun.2013. [En línea]. Disponible enhttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1474667016342562#! [8]KM Skemp, “Cloud computing,” Salem Press Encyclopedia of Science, 2019. [Enlínea]. Disponible enhttp://ezproxy.uao.edu.co:2060/login.aspx?direct=true&db=ers&AN=87323246&lang=es&site=eds-live[9] J.R. Jiang, “An improved cyber-physical systems architecture for Industry 4.0 smart factories”. Sage, vol. 10 no. 6, pp 1 – 15, 2018. [En linea]. Disponible en https://www.researchgate.net/publication/325978068_An_improved_cyber-physical_systems_architecture_for_Industry_40_smart_factories/fulltext/5b8b3e4d92851c1e1241ea46/An-improved-cyber-physical-systems-architecture-for-Industry-40-smart-factories.pdf [10] S. S. Sunder, “Cyber-Physical Systems”. UC Berkeley, Mar. 2012. [En linea]. Disponible en https://ptolemy.berkeley.edu/projects/cps/ [11] C. Koulamas y A. Kalogeras, “Cyber-Physical Systems and Digital Twins in the Industrial Internet of Things”, Computer, vol. 51, pp. 95-98, nov., 2018. doi: 10.1109 / MC.2018.2876181. [En línea]. Disponible en https://www.computer.org/csdl/magazine/co/2018/11/08625931/17D45WYQJ7p [12] C. Ganz, “Gemelo digital: ¿prácticamente idéntico?,” Revista ABB, jul., 2018. [En línea]. Disponible en https://new.abb.com/news/detail/5080/digital-twin-virtually-identical [13] C. G. Lee y S. C. Park, “Survey on the virtual commissioning of manufacturing systems,” Journal of computational design and engineering, vol. 1, no. 3, pp. 213 – 222, jul., 2014. [En línea]. Disponible en https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2288430014500292 [14] ¿Qué es el hardware-in-the-loop? (2018). [En línea]. Disponible en https://www.ni.com/es-co/innovations/white-papers/17/what-is-hardware-in-the-loop-.html [15] Validación de código fuente de producción más rápida (s. f.). “opal-rt”. [En línea]. Disponible en https://www.opal-rt.com/software-in-the-loop/ [16] Sistema completo MPS® PA 204 (s. f.). “https://www.festo-didactic.com/”. [En línea]. Disponible en https://www.festo-didactic.com/es-es/productos/automatizacion-de-procesos/estaciones/sistema-completo-mps-pa-204.htm?fbid=ZXMuZXMuNTQ3LjE0LjE4LjEwODIuNDc4NA [17] Technical datails MPS PA (Colección de hojas de datos) (s. f.). “https://www.festo-didactic.com/”. [En línea]. Disponible en https://www.festo-didactic.com/es-es/servicio-y-asistencia/software/mps-pa/technical-details-mps-pa.htm?fbid=ZXMuZXMuNTQ3LjE0LjMyLjE1NTguNjM5Nw [18]¿Qué es un Gemelo Digital? Ventajas de trabajar sobre la ‘copia exacta’ de tumodelo de negocio (2020). “apd”. [En línea]. Disponible en https://www.apd.es/que-es-gemelo-digital-ventajas/ |
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Este proyecto tiene como objetivo principal desarrollar un gemelo digital de la fábrica de refrescos didáctica del CEAI SENA que permita la emulación del comportamiento de la misma. El proyecto empieza planteando la problemática presente en el Sena junto a la justificación y los antecedentes del tema para tener una idea del estado del arte de los gemelos digitales. En el marco teórico se presenta una introducción a la industria 4.0 y se exploran los conceptos más relevantes que giran a su alrededor, enfocándose en los sistemas ciberfísicos y el gemelo digital. Más adelante se realiza un estudio de la planta para conocer las especificaciones técnicas y su funcionamiento. En la metodología se explica el desarrollo del gemelo digital desde la selección de software hasta el planteamiento de la solución en el cual se sigue un proceso de modelado de la planta, adaptación de la física básica, implementación de sensores y actuadores virtuales, creación de programa de control y la posterior comunicación entre el modelo y el código de PLC, así como el enlace entre la planta física y digital. También se dedica un capítulo dentro de la metodología para diseñar un manual del software NX MCD para conocer su interfaz y las herramientas que posee, para que así sea usado en el futuro por otras personas como una guía introductoria de este softwareFrom the steam engine, through the birth of the automobile and assembly lines, to the implementation of new Information and Communication Technologies (ICT); all progress applied to the field of industrial development has made it possible to speak of a fourth industrial revolution, based on the application of novel technologies and with interesting applications in the industrial world. All these technologies developed in the last decades are included in the concept of Industry 4.0. When we talk about industry 4.0 we talk about transformation, advances and developments in different areas. It should be noted that some of the most relevant technologies are IoT, robotics, additive manufacturing, cloud computing, big data, virtual and augmented reality, and the one that is at the center of this revolution, cyber-physical systems, which are the direct result of taking advantage of the aforementioned technologies. The integration of these technologies make up cyber-physical systems, which are the union of the real world with the digital world, incorporating physical components with computing elements, remote information storage and communication networks, etc. The key aspect of this new technology is the digital twins, which are models that are nothing more than virtual replicas of processes that simulate the behavior of the original system. The main objective of this project is to develop a digital twin of the CEAI SENA didactic soft drink factory that allows the emulation of its behavior. The project begins by raising the problem present in the Seine along with the justification and background of the subject to get an idea of the state of the art of digital twins. In the theoretical framework, an introduction to Industry 4.0 is presented and the most relevant concepts that revolve around it are explored, focusing on cyber-physical systems and the digital twin. Later on, a study of the plant is carried out to find out the technical specifications and its operation. The methodology explains the development of the digital twin from the selection of software to the approach of the solution in which a process of plant modeling, adaptation of basic physics, implementation of virtual sensors and actuators, program creation is followed. control and subsequent communication between the model and the PLC code, as well as the link between the physical and digital plant. A chapter is also dedicated to the methodology to design a manual for the NX MCD software to know its interface and the tools it has, so that it can be used in the future by other people as an introductory guide to this softwarePasantía institucional (Ingeniero Mecatrónico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2020PregradoIngeniero(a) Mecatrónico(a)application/pdf106 páginasspaUniversidad Autónoma de OccidenteIngeniería MecatrónicaDepartamento de Automática y ElectrónicaFacultad de IngenieríaDerechos Reservados - Universidad Autónoma de Occidentehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2instname:Universidad Autónoma de Occidentereponame:Repositorio Institucional UAOIngeniería MecatrónicaGemelo digitalSistemas ciberfísicosSimulaciónControlModeladoNX MCDPLCHMIDesarrollo de un gemelo digital de la fábrica de refrescos didáctica del CEAI SENATrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/redcol/resource_type/TPinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85[1]L. 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