La industria automotriz mejora la automatización y adopta tecnología avanzada

La industria automotriz está agregando robots más sofisticados, mirando hacia la impresión 3D e integrando otras tecnologías avanzadas.

La industria automotriz de EE. UU. se ha automatizado durante décadas. La producción de automóviles y camiones está asociada con robots grandes y corpulentos separados de los empleados humanos. Dentro de esas áreas cercadas, se realizan tareas como la soldadura.

Sin embargo, la industria está avanzando en el frente de la automatización. Los fabricantes de automóviles y los proveedores se están moviendo hacia el uso de robots colaborativos, conocidos como cobots. Dichos dispositivos a menudo son más pequeños, tienen más destreza y se pueden implementar de manera segura junto con operadores humanos.

Además, la industria también quiere expandir el uso de impresoras 3D. Los fabricantes de automóviles como Ford Motor Co. y BMW AG están trabajando directamente con los fabricantes de aditivos en relación con el despliegue de la tecnología. Las empresas también están utilizando la realidad virtual y aumentada para abordar los problemas de fabricación. Y, como es el caso de muchos otros fabricantes, la industria automotriz quiere aprovechar al máximo la Industria 4.0, donde las máquinas "conectadas" se comunican entre sí y con operadores humanos.

“Hay muchas formas en que la nueva automatización difiere de cómo se veía la automatización en la década de 1980”, dijo Kristin Dziczek, vicepresidenta de industria, trabajo y economía en el Centro de Investigación Automotriz (CAR) con sede en Ann Arbor, Michigan.

“En estos días, la automatización no solo replica el esfuerzo físico humano, sino que también lo conecta a otros sistemas cibernéticos y físicos tanto dentro como fuera de la planta”, dijo Dziczek. “Eso significa que los fabricantes obtienen más datos de la automatización y más control sobre el sistema de fabricación total, no solo control sobre estaciones automatizadas individuales”.

Un símbolo de las tendencias de automatización automotriz es el nuevo Centro de Fabricación Avanzada de Ford en el suburbio de Redford, Michigan, en Detroit. En el interior, se estudian las impresoras 3D y los cobots para encontrar formas de usarlos en la planta de producción. Las instalaciones de realidad virtual y aumentada del centro son una forma para que las fábricas de Ford en todo el mundo aborden problemas tales como la ubicación de los equipos de producción en la planta.

Ford formó una organización de fabricación avanzada en 2017, reuniendo a empleados de todas las operaciones de fabricación del fabricante de automóviles. El grupo identificó su sitio el año pasado después de que una empresa industrial se mudara a otra ubicación en el área de Detroit.

“Ford Motor Co. tiene una relación muy madura con la automatización”, dijo Mike Mikula, ingeniero jefe de la organización global de fabricación avanzada de Ford. La empresa quería acelerar su tecnología de fabricación, dijo.

Lo que sigue son algunas de las formas en que están evolucionando la automatización y las nuevas tecnologías en la industria automotriz.

La impresión 3D se enciende

La impresión 3D, o fabricación aditiva, consiste en imprimir una pieza capa por capa a partir de un diseño digital. La tecnología está cambiando para imprimir piezas más grandes y hacer más impresiones con varios tipos de metales. Aerospace ha estado invirtiendo en aditivos durante años porque la impresión 3D permite nuevos diseños y promete un uso más eficiente de metales como el titanio.

Sin embargo, la industria automotriz tiene mayores volúmenes de producción. Hasta ahora, la adopción de la impresión 3D por parte de los fabricantes y proveedores de automóviles ha quedado rezagada con respecto a sus contrapartes en la industria aeroespacial.

“Las aplicaciones actuales de la impresión 3D se limitan a herramientas, troqueles, moldes, plantillas, accesorios y algunas piezas de bajo volumen”, dijo Dziczek de CAR. “Los obstáculos reales para una adopción más amplia de la impresión 3D en automóviles y piezas producidos en masa son el tiempo de ciclo, el costo y los costos irrecuperables de los procesos actuales de formación de piezas basados ​​en estampado, moldeado y mecanizado. La impresión 3D debe ser más rápida y los costos deben reducirse considerablemente antes de que veamos aplicaciones generalizadas y de alto volumen en la industria automotriz”.

Sin embargo, el desarrollo de la fabricación aditiva está en marcha en la industria automotriz.

“Los avances dentro de la tecnología de impresión 3D en sí mismos crean una serie de soluciones que históricamente no han estado disponibles”, dijo Mikula de Ford. Las mejoras incluyen “la velocidad en la que podemos imprimir y con los materiales con los que podemos imprimir. La introducción de polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), plásticos avanzados y ciertamente metal ha cambiado drásticamente las aplicaciones potenciales desde el punto de vista de lo que es el "arte de lo posible".

“Cuando combinas eso con” una mayor capacidad informática, continuó, “dejas que el software te ayude a diseñar la pieza. No requiere el mismo nivel de esfuerzo de ingeniería y tiempo de entrega para brindarle una solución principal que cumpla con todos sus requisitos. Entonces, tanto en términos de lo que podemos imprimir como de qué tan rápido podemos imprimirlo... hace que la impresión 3D sea una tecnología muy intrigante. Sin duda, nuestro objetivo aquí es aprovecharlo desde el punto de vista de proporcionar a nuestros procesos de fabricación las herramientas y las ayudas de montaje que necesitan para ser más robustos y superar potencialmente algunos de los desafíos tecnológicos asociados con la impresión 3D”.

Anteriormente, Ford colaboró ​​con Stratasys Ltd. en prototipos de impresoras 3D para producir piezas grandes. El fabricante de automóviles, con sede en Dearborn, Michigan, también es inversionista, junto con BMW, en Desktop Metal, una empresa de fabricación aditiva con sede en Burlington, Massachusetts. Ken Washington, director de tecnología de Ford, forma parte de la junta directiva de Desktop Metal.

Ford y BMW "saben que esto se avecina", dijo Jonah Myerberg, director de tecnología y cofundador de Desktop Metal. "Tienen prisa. Todavía faltan algunos años para que se vea en todo un vehículo”.

Myerberg dijo que la impresión 3D probablemente se expandirá más allá de los moldes y las plantillas, pero hay mucha incertidumbre.

“No se puede simplemente mirar un área del vehículo”, dijo. “Hay que mirar todo el vehículo. Lo que tratamos de hacer es abrirles los ojos a lo que vemos como los beneficios clave de la impresión 3D”. El ejecutivo de Desktop Metal dijo que los fabricantes de automóviles pueden llevar la tecnología a su nivel superior de proveedores.

“Están sucediendo muchas cosas detrás de escena de las que estos ingenieros no hablarán”, dijo Myerberg. "Solo tenemos una pequeña imagen de cómo nuestros clientes van a utilizar estas impresoras".

En septiembre, HP Inc. presentó una nueva tecnología de impresión 3D que llama HP Metal Jet, destinada a la producción en masa de piezas de acero. Volkswagen AG tiene la intención de utilizar la tecnología HP Metal Jet para producir vehículos eléctricos en la década de 2020, según HP. Los vehículos eléctricos tienen menos piezas móviles que los motores de combustión interna convencionales. Como resultado, los vehículos eléctricos pueden ser una oportunidad para expandir la fabricación aditiva en la industria automotriz.

Robots colaborativos

Los robots fueron uno de los primeros ejemplos de automatización en la planta de producción de la industria automotriz.

Las primeras etapas de la adopción de robots consistían en realizar trabajos peligrosos y repetitivos, dijo Lou Finazzo, gerente general de mercados automotrices y de componentes de FANUC America Corp., Rochester Hills, Michigan. Muchos robots se usaban para soldar carrocerías de automóviles y camiones.

“Los humanos fueron restrictivos en lo que la industria automotriz realmente podría evolucionar en el lado de la carrocería”, dijo. Fue un desafío para los operadores humanos manipular "esas pistolas de soldadura grandes y gigantes" y alcanzar a ciegas el vehículo y aplicar numerosos puntos de soldadura "que no sabía si eran buenos o malos".

“Una vez que la tecnología robótica despegó, pudieron diseñar vehículos un poco diferentes, [con] un ensamblaje más complejo”, continuó. “Además, tener un mejor circuito de control de la calidad, lo que les permitió reducir la cantidad de soldadura y componentes estructurales, hizo que el ensamblaje de vehículos evolucionara hasta donde estamos hoy. Esas fueron las etapas iniciales”.

Hoy, los robots y la automatización están subsidiando la mano de obra y hay escasez de mano de obra para los fabricantes y proveedores, según Finazzo.

“Así que ahora puede tomar a una persona y esa persona puede ser responsable de cuatro, cinco [robots] colaborativos y de hecho ha aumentado su eficiencia… Cuando hablamos con los fabricantes de automóviles tradicionales, la flexibilidad que se requiere es mucho más de lo que solía ser en el pasado”, dijo.

Los robots colaborativos se están notando en la industria automotriz. “Dos factores clave que impulsan el interés de la industria automotriz en los robots colaborativos son la velocidad y el costo”, dijo Darrell Paul, gerente de marketing de robótica y control de movimiento en Omron Automation Americas, Hoffman Estates, Illinois. “Los robots colaborativos se pueden implementar más rápido y en entornos de fabricación existentes. Estos robots también tienen la capacidad de trabajar con células y operadores de fabricación existentes, lo que elimina la necesidad de costos estructurales o de infraestructura adicionales”.

La compañía presentó su nuevo cobot Serie TM en el CES de este año en Las Vegas. Según Omron, el robot, que tiene un sistema de visión, permite arranques y cambios rápidos. Omron también afirma que el software del robot permite entrenarlo para diferentes tareas.

En el Centro de Fabricación Avanzada de Ford, hay robots fabricados por FANUC, ABB, Universal Robots y KUKA Robotics.

“Gran parte del trabajo que se realiza en nuestras plantas no requiere un robot industrial que tenga el nivel de alcance y carga útil que básicamente abordan los robots industriales”, dijo Mikula de Ford. “Los robots colaborativos brindan una huella de fabricación pequeña y se pueden incorporar de manera segura en y entre nuestros técnicos y nuestras instalaciones sin tener que construir una infraestructura significativa” de protección.

“Con un robot colaborativo, puedes tener una solución mucho más simple; [usted puede] llevar el trabajo al robot para que el robot pueda realizar el trabajo de manera segura y confiable”, continuó Mikula.

“Nuestras instalaciones de fabricación son muy costosas de modificar”, dijo. “El contenido en nuestros vehículos sigue aumentando. El esfuerzo [requerido] para ensamblar motores, transmisiones, paquetes de baterías y vehículos continúa aumentando con el tiempo. Entonces, donde podemos acomodar ese contenido adicional e introducir la automatización para hacerlo... para garantizar que ofrecemos a nuestros consumidores el producto de la más alta calidad posible a un precio asequible, ahí es donde los robots colaborativos realmente encajan en la ecuación".

Desde el punto de vista de los proveedores de robots, hay mucha presión por realizar.

“Con la industria automotriz, la velocidad de comercialización es muy importante”, dijo Finazzo. “Hace diez años, habría sido un gran éxito lanzar un nuevo camión en 18 meses. Ahora, están como, 'vaya, tenemos que hacerlo en 12 meses'. Por lo tanto, la velocidad de comercialización es un gran problema".

Ajuste de proveedores de automóviles

Algunos proveedores de automóviles se han adaptado al mayor uso de cobots y al ritmo más rápido.

Inficon, con sede en Bad Ragaz, Suiza, fabrica dispositivos de inspección automotriz para sistemas de automóviles. La compañía ha visto su equipo implementado con robots colaborativos más pequeños. Los dispositivos Inficon se utilizan para detectar fugas de humedad o gases. Con los robots colaborativos, Inficon tiene más oportunidades para que sus dispositivos se conecten a los robots. Los productos de Infincon ahora se utilizan para detectar la humedad en los sistemas de vehículos eléctricos.

"Esto es algo en lo que hemos estado trabajando durante cinco a siete años", dijo Thomas Parker, gerente de ventas automotrices de Inficon en América del Norte.

Los robots colaborativos facilitan la implementación de dispositivos Inficon. “Estamos educando mucho a los clientes sobre lo que es posible con un robot colaborativo, lo que es posible con un robot de seis ejes. Hay mucha educación por parte de mi equipo”.

Hydromat Inc., un fabricante de máquinas herramienta cuyos clientes incluyen clientes automotrices, se ha ajustado a las tendencias de la industria.

Con Hydromat, “la automatización se ha vuelto más interactiva”, dijo Kevin Shults, director de marketing de la empresa con sede en Maryland Heights, Missouri. “Para los trabajadores, los sistemas se han vuelto más interactivos entre los operadores y las máquinas herramienta que manejan. La programación en la máquina es más común”.

Los cambios en la industria automotriz significan "cambios más frecuentes", dijo Shults. "Los cambios tienen que ser más rápidos".

Shults agregó:"La automatización es esencial en la búsqueda de ofrecer a nuestros clientes automotrices las familias de piezas múltiples que les brindan diversidad y ganancias de productos".

Ajuste de trabajadores

Se están realizando esfuerzos para mejorar las habilidades de los trabajadores a medida que la industria automotriz se vuelve más sofisticada.

AIDT, el programa de capacitación laboral de Alabama, está tratando de intensificar sus esfuerzos de capacitación de trabajadores a medida que el empleo en la industria automotriz se vuelve más sofisticado. Los empleados de las fábricas vienen a las instalaciones de AIDT en Tanner, Ala., cerca de Huntsville para sesiones de capacitación.

Alabama alberga varias plantas de ensamblaje de vehículos. El estado también tiene fábricas aeroespaciales. Como resultado, Alabama está tratando de mejorar su capacitación en manufactura. En enero, una delegación de Alabama visitó la sede de Detroit de Lightweight Innovations For Tomorrow (LIFT),
el instituto de fabricación de EE. UU. que reúne a empresas y académicos para mejorar la tecnología de aligeramiento para la fabricación.

"Alabama [está] evolucionando en la fabricación", dijo Kristi Bain, subdirectora de AIDT.

“Tenemos que trabajar en un escenario de fabricación avanzada”, dijo Ed Castle, subsecretario de comercio de Alabama en la comisión de desarrollo de la fuerza laboral de esa agencia. “Para nosotros, es una ecuación simple. ¿Cuál es la necesidad y cómo define esa necesidad?”

Mikula de Ford dijo que estas tendencias reflejan cómo la fabricación de automóviles es más atractiva de lo que era antes.

“Es un lugar realmente emocionante para estar”, dijo. "Es un lugar muy divertido para estar".