Gemelo digital de una máquina para conformar, llenar y precintar embalajes

Abstract

En este proyecto, se desarrollará un gemelo digital de nivel 1 de integración de una línea de embalaje. Se pretende evidenciar la utilidad de los gemelos digitales para simular comportamiento, detectar errores, optimizar el diseño y validar la lógica de control antes de su implementación física. La línea de embalaje se dividirá en tres estaciones: Formado, que transforma cajas plegadas en su geometría final y sella su base. Llenado, que introduce bandejas de producto genérico en cada caja. Y finalmente sellado de tapa, que cierra completamente la caja para su extracción. Para la creación del gemelo digital se empleará software del proveedor Siemens. En concreto, el entorno virtual se diseñará con NX CAD y NX MCD; mientras que el controlador se programará y simulará con TIA Portal y PLCSIM Advanced, respectivamente. Esto que facilitará las comunicaciones entre el entorno virtual y el controlador simulado. Al no existir todavía la máquina física, el gemelo se utiliza para avanzar en programación y detectar fallos de diseño. Los resultados muestran una implementación funcional del gemelo digital, que permite ensayar la línea completa. Sin embargo, la simulación en tiempo real exige un alto consumo de recursos; un segundo de operación real puede necesitar hasta cuatro segundos de simulación. A pesar de ello, las herramientas utilizadas demostraron ser accesibles con los recursos de aprendizaje aportados por el proveedor y publicados en la web. Como conclusión, se comprueba que es viable desarrollar un gemelo digital de una línea de embalaje sin conocimientos avanzados de programación. Esto está en línea con la cisión europea y española de la tecnología, buscando que en el futuro sea accesible para todo el público. Entre las mejoras futuras se identifica la optimización de los recursos computacionales y el ajuste de parámetros para reducir errores inducidos por la simulación.

In this project, a Level‑1 integration digital twin of a packaging line will be developed. The objective is to demonstrate the usefulness of digital twins for simulating system behavior, detecting errors, optimizing design, and validating control logic prior to physical implementation. The packaging line will be divided into three stations: Forming, which transforms folded boxes into their final shape and seals their base. Filling, which inserts trays of a generic product into each box. And finally Lid Sealing, which completely closes the box to prepare it for extraction. To build the digital twin, Siemens software will be employed. Specifically, the virtual environment will be designed using NX CAD and NX MCD, while the controller will be programmed and simulated using TIA Portal and PLCSIM Advanced, respectively. This integrated approach facilitates communication between the virtual environment and the simulated controller. As the physical machine has not yet been built, the digital twin will be used to advance programming efforts and detect design flaws. The results show a functional implementation of the digital twin, allowing for the complete line to be tested virtually. However, real-time simulation demands significant computational resources; in some cases, one second of real-world operation may require up to four seconds of simulation. Despite this, the tools used have proven accessible, supported by learning resources provided by the vendor and publicly available online. In conclusion, it has been shown that it is feasible to develop a digital twin of a packaging line without advanced programming knowledge. This aligns with the European and Spanish vision of making such technology broadly accessible in the future. Future improvements include optimizing computational resources and adjusting parameters to minimize simulation-induced errors.