Digital twin for feeding, conveying, rejecting and assembly of caps using FESTO meclab modules

Abstract

La digitalización está transformando la operación de industrias y organizaciones al integrar herramientas digitales en la producción y gestión, especialmente en el sector de la manufactura. Esta integración permite mayor precisión, eficiencia y flexibilidad en la toma de decisiones y optimización de recursos. Los gemelos digitales son réplicas virtuales de objetos, procesos o sistemas físicos actualizadas en tiempo real mediante la recopilación y análisis de datos, facilitan las capacidades de simulación, monitoreo y optimización continua. Estas ventajas contribuyen a la reducción de tiempos y costos operativos, mejorando así la calidad de los procesos. Sin embargo, existe una brecha en el acceso y uso de tecnologías digitales. Esta brecha limita la competitividad y desarrollo, especialmente en la educación e industria, impidiendo a muchas instituciones y empresas aprovechar las ventajas de la digitalización. La presente tesis se enfoca en el desarrollo e implementación de un gemelo digital de un proceso de alimentación, transporte, descarte y tapado de piezas aplicados en los módulos de instrucción y entrenamiento MecLab de Festo, tomando en cuenta las limitaciones de costos y accesibilidad de los software comerciales. Se diseñan estaciones virtuales utilizando herramientas como Inventor, SimScape Multibody, FluidSIM y Codesys, validando su funcionamiento con los módulos físicos de entrenamiento en función a las directrices del DTC, proponiendo una arquitectura de comunicación digital basada en la norma ANSI/ISA-95 y evaluando su funcionalidad con el Toolbox Industrie 4.0 de VDMA. La implementación de este gemelo digital representa un avance hacia la digitalización, facilitando la integración de tecnologías avanzadas y mejorando el aprendizaje en ingeniería mecatrónica.

Digitalization is transforming the operation of industries and organizations by integrating digital tools into production and management, especially in the manufacturing sector. This integration enables greater precision, efficiency and flexibility in decision making and resource optimization. Digital twins, which are virtual replicas of objects, processes or physical systems updated in real time through data collection and analysis, facilitate simulation, monitoring and continuous optimization capabilities. These advantages contribute to the reduction of operating time and costs, thus improving process quality. However, there is a gap, the disparity in access and use of digital technologies. This gap limits competitiveness and development, especially in education and industry, preventing many institutions and companies to take advantage of the benefits of digitization. This thesis focuses on the development and implementation of a digital twin of a process of feeding, conveying, discarding and assembly of parts applied in Festo’s MecLab instruction and training modules, taking into account the cost and accessibility limitations of commercial software. Virtual stations are designed using tools such as Inventor, SimScape Multibody, FluidSIM and Codesys, validating their operation with the physical training modules according to the DTC guidelines, proposing a digital communication architecture based on ANSI/ISA-95 norm and evaluating their functionality with VDMA’s Toolbox Industrie 4.0. The implementation of this digital twin represents an advance towards digitalization, facilitating the integration of advanced technologies and improving learning in mechatronic engineering.