Cuando Theo Saville y yo fundamos CloudNC en 2015, teníamos una ambición compartida: convertir la fabricación de cualquier cosa en un proceso autónomo de un solo clic.
Ocho años después, ¡seguimos trabajando para alcanzar este objetivo! Sin embargo, ahora estamos a punto de lanzar nuestra primera solución informática, CAM Assistque automatizará gran parte del proceso de programación de máquinas CNC para fabricar componentes de precisión.
Será un cambio radical en el funcionamiento de la fabricación a nivel mundial. Pero, ¿por qué hemos tardado tanto?
La respuesta es sencilla: es un problema muy complejo. He aquí por qué.
El problema en sí
Echemos un vistazo primero a lo que intentamos mejorar: la fabricación global.
Más concretamente, casi todo lo que se fabrica hoy en día en el mundo depende en cierta medida de componentes de alta calidad fabricados con precisión, y podemos utilizar la tecnología para mejorar el proceso de fabricación.
Estos componentes se fabrican en fresadoras (como las máquinas CNC) y se utilizan en los productos que usamos y consumimos -desde relojes a ordenadores portátiles o teléfonos, pasando por coches, turbinas o aviones- o en los moldes que se emplean para crear los aparatos de otros procesos industriales, como los plásticos y los envases.
Están por todas partes: de hecho, cada año se fabrican componentes por un valor cercano al billón de dólares. Sin embargo, producirlos no es tan sencillo como utilizar una impresora 3D. En lugar de eso, hay que indicar a las máquinas cómo fabricar cada pieza, mediante un proceso llamado fabricación asistida por ordenador (CAM). Y para ello se necesita a una persona cualificada que programe la máquina.
La participación de un elemento humano crea variaciones. Programar una máquina CNC requiere formación y experiencia, y no hay tanta gente que pueda hacerlo (y el déficit de cualificación crece a medida que aumenta la demanda de componentes y el número de los que se incorporan al sector va a la zaga del número de los que se jubilan).
Los expertos son aún menos, y los niveles de habilidad importan. Hay infinitas formas posibles de fabricar cualquier componente, y es mucho más probable que un programador novato sea menos eficiente y más derrochador que uno con mucho talento.
Lo que queremos hacer con nuestras soluciones es automatizar la mayor parte posible de ese proceso, ayudando a los que tienen menos experiencia a programar de forma tan rápida y óptima como los mejores programadores CAM del mercado, reinventando el proceso de fabricación para todos".
Reto 1: Infinito
Pero la palabra "infinito" es la que plantea gran parte del problema. Si pensamos en el proceso de programación de la fabricación de un solo componente, el espacio potencial de soluciones es muy amplio.
No es como la impresión en 3D, en la que se dispone de una herramienta y se puede determinar la mejor manera de avanzar capa por capa. Con una máquina CNC, hay múltiples herramientas (de diferentes tamaños y tipos) que se pueden utilizar para lograr determinados resultados, y todas ellas se pueden utilizar en diferentes ángulos, profundidades o velocidades, y en cualquier orden.
El número de soluciones es, en efecto, exponencialmente grande, lo que crea enormes problemas desde el punto de vista computacional. Sencillamente, considerarlas todas para averiguar cuál es el mejor camino a seguir requiere que un ordenador multiplique casi infinito por casi infinito, muchas veces (¡complejidad combinatoria!), lo que lleva demasiado tiempo para producir resultados que puedan ser útiles para alguien.
El reto, por tanto, es hacer que la escala del problema sea manejable. Sin desvelar demasiado de nuestra "salsa secreta", uno de los elementos del proceso CloudNC consiste en reducir la escala del problema: por ejemplo, rechazando trayectorias de herramientas imposibles o muy difíciles, al tiempo que nos aseguramos de conservar las soluciones óptimas.
Como resultado, nuestros algoritmos son capaces de localizar las mejores formas potenciales de avanzar, sin tener que considerar todas las soluciones posibles, lo que significa que podemos ofrecer resultados en segundos, en lugar de años.
Reto 2: Física
De acuerdo, podemos ocuparnos del número potencialmente infinito de formas de fabricar estos componentes. Pero el otro problema es que se trata de un entorno físico complejo, con muchas piezas móviles.
Al mecanizar un componente, los materiales se calientan mucho. Se dilatan y se contraen. Las fresadoras tienen que cortar virutas de los bloques de metal, y si las virutas son demasiado gruesas, la herramienta se rompe, o si son demasiado finas, la superficie del metal se raja. Las herramientas se dañan y se desgastan. Todo el conjunto vibra.
La combinación de estas restricciones físicas con el número exponencial de soluciones es lo que eleva el nivel de dificultad de resolver el reto de la fabricación de precisión de "difícil" a "pesadilla".
No basta con encontrar una solución que utilice la trayectoria de herramienta más rápida y eficaz. También hay que tener en cuenta varios aspectos físicos de las herramientas y las materias primas que se utilizan, y un error de cálculo puede arruinar cientos de miles de dólares en maquinaria cara.
¿Cuál es el código de trucos? Una vez más, se trata de hacer que el problema sea manejable. Siendo realistas, no podemos comprender la integración de todos los elementos físicos con todas las formas posibles de mecanizar un componente. Pero podemos generar y evaluar las más óptimas y alinearlas con la comprensión de las técnicas más comunes, utilizadas y aplicadas con regularidad, y asegurarnos de que nuestras soluciones las incorporan hoy.
Como resultado, nuestras soluciones ya pueden aplicarse a la mayoría de los retos de mecanizado CNC, y estamos mejorando y afinando su funcionamiento todo el tiempo. Como resultado, podemos acelerar el proceso de programación de la fabricación de un componente relativamente complejo en una máquina CNC de horas (o incluso días) a segundos.
El camino óptimo
Por supuesto, la descripción anterior de nuestras soluciones es poco detallada, como cabría esperar de un breve ensayo que resume más de 8 años de trabajo y más de un millón de líneas de código (y sumando). Del mismo modo, no quiero desvelar nada: CloudNC es propietaria del funcionamiento exacto de nuestros algoritmos, ¡y hemos invertido mucho tiempo y esfuerzo en desarrollarlos!
Por tanto, esta discreción subestima lo que hemos tenido que construir: por ejemplo, algoritmos complejos para acelerar y afinar aspectos complejos de la geometría computacional, combinando el mecanizado de diferentes formas y aspectos entre sí, y produciendo resultados en un plazo que añade valor para los usuarios.
Además, no hace suficiente hincapié en los estrictos parámetros con los que trabajamos. Literalmente, estamos creando soluciones de mecanizado que se utilizan para crear piezas para aviones de combate y centrales nucleares, lo que significa que tienen que ser exactas. No hay margen de error.
Por eso nos hemos tomado nuestro tiempo para preparar CAM Assist : ha habido mucho que resolver. Y no estamos especialmente cerca del final del viaje: nuestra visión de llevar la fabricación con un solo clic a todo el mundo seguirá estando lejos durante algún tiempo, ¡todavía estamos conquistando un problema que antes era irresoluble!
Pero estamos avanzando a pasos agigantados, y lo que hemos conseguido hasta ahora es una parte sustancial del problema general. Estamos haciendo posible la programación acelerada de máquinas CNC, de modo que podamos fabricar componentes cada vez más rápido, lo que permite la innovación y ayuda a cubrir el déficit de cualificación en la fabricación.
Eso es lo que hemos conseguido hasta ahora, y estoy impaciente por ver el impacto.
(PD: ¿quieres ayudarnos a resolver estos problemas? Echa un vistazo a nuestras vacantes en Empleo).
