Robótica avanzada: Transformando la manufactura industrial para mayor flexibilidad

Rahav Madvil y Noam Ribon, de Siemens, examinan el auge de la robótica avanzada en la manufactura industrial.

La personalización y la flexibilidad son dos de las palabras más candentes en la manufactura industrial en este momento. Los clientes quieren algo hecho solo para ellos, ya sea un aftershave personalizado con su nombre en la botella, un vehículo con todas las características que necesitan y ninguna que no, o un nuevo teléfono con la última antena de radio para conectividad 5G. Toda esta personalización lleva a una conclusión – la manufactura se está moviendo hacia producción de alta mezcla y fabricando millones de productos diferentes en lotes muy pequeños.

Al mismo tiempo, muchos productos hechos hoy son demasiado complicados para tecnologías de automatización establecidas por sí solas, obligando a los fabricantes a aumentar la robótica tradicional con ensamblaje manual por trabajadores humanos. Las personas son valoradas por su capacidad para entender y tener en cuenta cambios en un proceso muy rápidamente. Pero, ¿y si esta flexibilidad se incluyera en procesos automatizados?

Un sistema de producción flexible y automatizado (incluso autónomo) es el Santo Grial para muchos fabricantes que desean superar el desafío de la creciente complejidad del producto y simultáneamente cumplir demandas de mayor personalización. La capacidad de cambiar rápidamente la producción de un producto a otra será una característica definitoria de las empresas en el camino hacia tamaños de lote de uno y los productos altamente personalizables del mañana.

Los tamaños de lote pequeños no son inherentemente un problema, pero los procesos de producción actuales no pueden acomodar esto fácilmente sin grandes inversiones en una infraestructura cada vez más compleja. Para evitar este problema de inversiones exponenciales, que pueden o no resolver el problema, muchas empresas buscan un enfoque más flexible para la producción. ¿Cómo pueden los fabricantes hacer múltiples productos eficientemente con cambios mínimos en la planta de producción entre productos?

La robótica avanzada es la respuesta, y muchas empresas ya están en el camino hacia la adopción.

El viaje de la robótica avanzada

Muchos pisos de fábrica dependen de redes de cintas transportadoras para transportar todo, desde materia prima hasta productos finales. Pero estas redes no fueron diseñadas para manejar miles de productos diferentes yendo a ubicaciones constantemente cambiantes necesarias en un proceso de manufactura multi-producto. ¿Y si un sistema transportador pudiera cambiar? Quizás cambiar rutas para evitar áreas congestionadas en una fábrica? O cambiar destinos para entregar una pieza de trabajo a la estación de mecanizado óptima?

Estos son los tipos de problemas que la robótica avanzada resuelve con el uso de vehículos guiados automatizados (AGVs) y robots móviles autónomos (AMRs) en tándem con una plataforma avanzada de software, soluciones y desarrollo de aplicaciones.

Típicamente, el objetivo de usar los robots es entregar material del punto A al punto B con relativa facilidad. Pero no es tan simple como solo introducir AGVs o AMRs a una instalación. Gran parte del valor de la inversión proviene de la optimización y coordinación de las tecnologías robóticas avanzadas. En nuestra experiencia, ayudar a las empresas a adoptar robótica avanzada en sus procesos de manufactura es un viaje de cuatro etapas.

La etapa uno, o la etapa Principiante, se define por el uso de robótica de automatización fija o tecnologías similares donde la mayoría de las operaciones se programan manualmente. Toda la planificación de procesos la hace un humano, posiblemente con la ayuda de software, y las tareas se asignan luego a robots específicos para funcionar en ubicaciones y tiempos específicos. Este enfoque funciona bien cuando se producen altos volúmenes, cuando los cambios o modificaciones a una línea de producción se mantienen al mínimo. Dado que cada acción de un robot está especificada explícitamente en esta etapa, el robot debe ser sacado de línea cuando se requieren cambios y reprogramado manualmente. Esto impacta negativamente los tiempos de producción.

La segunda etapa es para Veteranos y es la etapa más común hoy para fabricantes industriales. Se caracteriza por el uso del gemelo digital para validación completa del sistema y para construir algoritmos de control para toda la línea de producción. Utilizar un gemelo digital de manufactura proporciona insights profundos sobre cómo proceder en etapas posteriores del viaje al permitir la simulación de toda la instalación. Mejoras significativas de productividad en esta etapa pueden lograrse actualizando concurrentemente múltiples robots que funcionan con los mismos controladores lógicos programables, reduciendo tiempo de inactividad en el piso de producción.

Progresando a la tercera o etapa Pionero, los fabricantes pueden comenzar a automatizar más del proceso de producción. Construido sobre los insights aprendidos del gemelo digital y aumentado con retroalimentación de sensores IoT, la programación basada en tareas puede implementarse para robots en toda la instalación. Esto reduce enormemente el tiempo necesario para programar robots para acomodar un cambio de diseño o proceso. Comandos simples pueden usarse para ajustar automáticamente el robot basado en una calibración de bucle cerrado entre el entorno físico y el gemelo digital.

La etapa final, llamada la etapa Visionaria, es donde las iniciativas de robótica avanzada se vuelven altamente autónomas, entregando autonomía casi completa de los robots. Esto también es donde los AGVs y AMRs se vuelven altamente efectivos, reemplazando cintas transportadoras estáticas y un camino de proceso lineal con robótica móvil avanzada. Ahora los cambios de producción pueden ser casi tan simples como ingresar el número de productos requeridos y cuántas variaciones se necesitan. A partir de esa información, el sistema determinará el camino óptimo de cómo producir el lote deseado.

El software ahora determina cuántas piezas se necesitan de la sala de almacenamiento B, por ejemplo, o qué estación de mecanizado podrá acelerar más rápido para producir el lote. Y, si la opción principal está caída por mantenimiento, cuál es la siguiente mejor opción. Los límites de esto no terminan en los muros de la fábrica. Los beneficios se extienden más allá para incluir proveedores y distribuidores, ayudando a producir la carga de trabajo más eficiente para la fábrica.

La etapa Visionaria es el punto óptimo para implementar AGVs y AMRs, debido a simulaciones completas de fábrica. Pero la robótica avanzada puede traerse en etapas anteriores para ejecutar tareas más simples que la programación de producción. Algunas empresas han adoptado AGVs y AMRs como carros de picking semi-autónomos para almacenes, donde el robot sigue y asiste a un trabajador humano.

Dependiendo de cómo se maneje la fábrica, hay formas casi infinitas de optimizar la instalación. Es por eso que la inversión en el gemelo digital integral es tan importante para este viaje. Permite insights más profundos de cómo está funcionando una fábrica, ayudando a invertir confidentemente en el futuro del negocio. La robótica avanzada es parte de la cartera Xcelerator de Siemens de software, soluciones y plataforma de desarrollo de aplicaciones donde el hoy se encuentra con el mañana para la manufactura industrial.

Por: Rahav Madvil, Gerente de Producto de Simulación para Siemens Digital Industries Software, y Noam Ribon, Consultor Senior de Negocios en Siemens Digital Industries Software.