Robots colaborativos: Soluciones reales para la escasez de mano de obra en la manufactura

¿Son los cobots la respuesta a la escasez de trabajadores cualificados en la industria manufacturera?

Pregunte al propietario de cualquier taller de mecanizado o fábrica de chapa cuál es el mayor obstáculo para el crecimiento de su empresa y probablemente recibirá la misma respuesta: no es la falta de capital de trabajo lo que los frena, ni la escasez de tecnología avanzada, sino algo mucho más básico: la necesidad de alguien que pulse un botón verde o empaquete cajas. "No encontramos suficiente gente", escuchará.

Para colmo, quienes han logrado superar sus problemas laborales —mediante asociaciones con escuelas vocacionales locales o programas internos de desarrollo de trabajadores— se enfrentan a un obstáculo igualmente desafiante: la dura competencia de fabricantes en países con bajos costos laborales. ¿Cómo puede alguien mantenerse a flote cuando la nómina de su competidor es solo una fracción de la suya?

Potenciadores de la fuerza laboral

La solución es obvia: automatizar. Recorra los pasillos de cualquier planta automotriz y verá hordas de robots amarillos, naranjas o blancos atendiendo largas líneas de ensamblaje. Lo mismo ocurre en cualquier gran empresa manufacturera, donde los robots industriales cargan y descargan piezas de celdas de mecanizado, aplican pintura a piezas en movimiento o unen componentes en celdas de soldadura automatizadas. Problema laboral resuelto.

Pero, ¿qué pasa con el resto del mundo manufacturero, donde los volúmenes de producción más bajos hacen que la automatización parezca una propuesta dudosa? Todos saben que los robots industriales son caros. Requieren técnicos cualificados para programarlos y protecciones elaboradas o cortinas de luz para evitar lesiones a sus compañeros humanos. El cambio de un trabajo a otro lleva un tiempo valioso, sin mencionar la necesidad de herramientas especiales de extremo de brazo, transportadores para mover material dentro y fuera del alcance del robot, y el mantenimiento rutinario de otro equipo más en la planta.

Una solución universal

Aunque el origen de los términos "colaborativo" y "cobot" es objeto de debate, una cosa está clara: hace unos 10-15 años, varios proveedores de robótica intentaron resolver el factor molestia con un nuevo enfoque de la automatización. El robot "colaborativo" UR5 de Universal Robots (Odense, Dinamarca), por ejemplo, prometía eliminar las protecciones de seguridad. La instalación supuestamente tomaba menos de una hora. Se decía que la interfaz de pantalla táctil era lo suficientemente simple para que cualquiera la usara, y el robot era lo suficientemente ligero para moverse donde se necesitara. Y con un precio muy inferior al de robots industriales de tamaño comparable, los cobots pronto se encontrarían en talleres grandes y pequeños, predijo la empresa.

Tenían razón. Otras empresas de robótica pronto siguieron su ejemplo, y hoy prácticamente todos los proveedores de robots industriales producen o están trabajando activamente en su propia respuesta al UR5. De hecho, los cobots se han vuelto tan populares que un blog reciente en el sitio web de la Asociación de Industrias Robóticas (RIA; Ann Arbor, MI) sugiere que la actual cuota de mercado del 3% de los robots colaborativos se multiplicará por diez para 2025.

Una cifra impresionante, sin duda, pero ¿qué significa eso para los robots tradicionales, menos amigables con los humanos? ¿Pronto seguirán el camino de la maquinaria accionada por correas y las herramientas de acero al carbono? Y dejando de lado su tremendo potencial de crecimiento, ¿realmente son los cobots todo lo que se dice de ellos, o es esto otro ejemplo de exageración publicitaria superando a la realidad?

Menos es más

Stuart Shepherd, director de ventas regional para Universal Robots Americas (Ann Arbor, MI), no lo cree así. Hay muy buenas razones para la expectación, dice, incluyendo menos protecciones, menos espacio en planta y menos necesidad de capacitación del operador.

"Los cobots representan una oportunidad para que la automatización sea utilizada por más empresas y en aplicaciones no abordadas anteriormente", dijo Shepherd. "Podrían ser el cambio más significativo en la industria de la automatización desde la invención de los PLC [controladores lógicos programables] y, de hecho, de los propios robots".

Los fabricantes de todos los tamaños disfrutan de los beneficios que los cobots aportan a la planta de producción, señaló Shepherd, añadiendo que la facilidad de uso, junto con un bajo costo total de propiedad, los hace especialmente atractivos para las empresas más pequeñas. Es esto, en parte, lo que explica su crecimiento más rápido que el promedio del mercado, dijo Shepherd, aunque se apresura a señalar que, dado que la implementación de cobots es más fácil que con robots industriales, su uso se está expandiendo más allá de la manufactura para incluir procesamiento de alimentos, actividades de almacén, aplicaciones de laboratorio y científicas.

Repensando la automatización

Sin embargo, es dentro del espacio manufacturero tradicional donde los cobots están abordando con mayor frecuencia el problema grave y generalizado descrito anteriormente: la falta de talento calificado y disponible para trabajar en la planta de fábrica. Eso es según Jim Lawton, director de operaciones en el fabricante de cobots Rethink Robotics Inc. (Boston).

"Con su capacidad para completar tareas que, hasta ahora, solo podían ser realizadas por humanos, los cobots desempeñan un papel clave en aliviar este dolor", dijo. "Además, pueden cubrir puestos que los trabajadores humanos no están ansiosos por asumir, incluidos aquellos que son tediosos, extenuantes o directamente peligrosos, dando a los empleados la oportunidad de pasar a roles más deseables".

Los robots industriales han estado aceptando alegremente trabajos sucios durante décadas. ¿Qué hace que los cobots sean tan especiales? Lawton ofreció varios argumentos:

• Con su detección de fuerza integrada, los cobots son perfectamente adecuados para el ensamblaje de electrónica y trabajos delicados similares.
• Como normalmente no requieren protecciones, también son ideales para tareas como embalaje, prueba e inspección de productos, y de hecho cualquier entorno donde haya humanos presentes.
• La capacidad de implementar cobots de forma rápida y sencilla los hace ideales para series de producción cortas y cambios frecuentes, una gran tendencia en la manufactura.
• Los cobots también pueden trabajar junto a robots industriales más grandes, complementando su trabajo.
• La mayoría de los cobots pueden entrenarse simplemente moviendo el brazo para demostrar la tarea deseada. No se requieren suites de software extensas.
• Para fabricantes estacionales o aquellos que ven gran variabilidad en la demanda del cliente, los cobots ofrecen un recurso confiable y adaptable para períodos de demanda máxima.

"Los cobots proporcionan a los fabricantes la capacidad de automatizar mucho más hoy que en años anteriores, permitiéndoles mantenerse competitivos e innovadores sin importar la industria", dijo Lawton. "En pocas palabras, son confiables, efectivos y adaptables, y ayudan a las empresas a tener más éxito".

Pisando dedos

Si se pregunta dónde puede conseguir su taller parte de ese éxito, hay algunas cosas que tener en cuenta antes de subirse al Expreso Cobot. Para empezar, ningún gerente de producción o propietario de taller quiere ver a sus empleados amotinarse por una revolución robótica percibida. Al integrar esta nueva tecnología en la planta de fábrica, es importante que los fabricantes hagan saber a los trabajadores de carne y hueso que los cobots están ahí para ayudarles a hacer su trabajo, no para reemplazarlos.

La clave para una integración exitosa de cobots también comienza con la selección de la tarea correcta. Como señala Lawton, cuando un cobot no se usa o no se aprecia, casi siempre es porque se ha implementado en la tarea equivocada. "Los cobots no están destinados a satisfacer todas las necesidades de automatización, y algunas tareas son más adecuadas para la tecnología que otras", dijo. "Aquí es donde se vuelve realmente importante que un fabricante trabaje directamente con el proveedor o distribuidor de cobots desde el primer día para identificar la aplicación correcta y asegurar que el cobot se use de la mejor manera posible. A partir de ahí, la implementación e integración con los procesos existentes es fluida y sin problemas".

Poniéndose verde

Rick Maxwell, director de ingeniería para el segmento de industria general y automotriz en FANUC America Corp. (Rochester Hills, MI), estuvo de acuerdo, añadiendo que es importante evaluar la necesidad de la aplicación para proporcionar la solución robótica adecuada. "¿Es verdaderamente colaborativa por naturaleza, o está mejor adaptada para un robot industrial tradicional?", dijo. "Determinar cuál es más apropiado para las necesidades del cliente se determina en gran medida por los requisitos de rendimiento de la operación, junto con el peso y la complejidad del objeto o pieza que necesita ser manipulado".

Aquí está el truco, algo que los fanáticos de la automatización más tradicional se apresuran a señalar: la mayoría de los cobots no son precisamente veloces. Como señaló Maxwell, los cobots son más adecuados para aplicaciones simples y directas de recoger y colocar, y hacerlo a un ritmo lento y constante. Esto casi certamente cambiará a medida que la tecnología de cobots mejore, pero por ahora, al menos, no espere ver su velocidad acercarse a los movimientos ultrarrápidos de los robots industriales.

Pero eso está bien. La necesidad de que las personas interactúen de forma segura con la maquinaria en las celdas de trabajo de manufactura es muy real, una actividad posible gracias a la capacidad de un cobot para detectar contactos inesperados con objetos en su zona de trabajo, eliminando así las restricciones para compartir sus estaciones de trabajo con personas. Dijo Maxwell: "Este es un importante beneficio de seguridad y costo, ya que permite al robot realizar tareas extenuantes y operaciones repetitivas sin la necesidad de costosas barreras de seguridad industriales".

¿Quién está comprando?

Como otros fabricantes, FANUC está recibiendo un número creciente de consultas de empresas que buscan una solución de robot colaborativo. Algo irónicamente, una parte justa de estas solicitudes proviene de una fuente inesperada: fabricantes más grandes que tienen amplia experiencia con robots industriales. "Las oportunidades para aplicaciones de robots colaborativos están disponibles en todas las empresas, grandes y pequeñas", dijo Maxwell.

Nicolas De Keijser, gerente de línea de negocio de ensamblaje y prueba en ABB Robotics (Auburn Hills, MI), está viendo una tendencia similar. "Debido a que los cobots son típicamente más fáciles de usar y menos costosos de integrar, son muy atractivos para pequeñas y medianas empresas, ya que hacen que la automatización sea más alcanzable", dijo. "Así que, en comparación con los robots tradicionales, probablemente hay un uso más uniforme de cobots en todo el espectro manufacturero, en empresas de todos los tamaños".

Además de recoger y colocar, ¿para qué se usan los cobots? De la demanda total, De Keijser y Maxwell acordaron que la mayor parte del crecimiento futuro provendrá del segmento de manipulación de materiales, donde los cobots se usan para empaquetar piezas, paletizar cajas, cargar transportadores, y más, aunque De Keijser añadió que algunos cobots son especialmente adecuados para tareas de ensamblaje complejas, incluidos componentes pequeños o delicados. También son favoritos para el cuidado de máquinas, cargando y descargando tornos CNC y centros de mecanizado, por ejemplo, o extrayendo piezas terminadas de moldes de inyección de plástico.

No tan rápido

Independientemente de la aplicación o el tamaño de la empresa, aquellos acostumbrados al rendimiento de un robot industrial deben ser conscientes de varias cosas, señaló David M. Robers, gerente de ventas de robótica para las Américas en Denso Robotics (West Chester, OH). "Los cobots a menudo se venden para aplicaciones en las que no tienen nada que hacer", dijo. "Sí, están bien para tareas básicas de recoger y colocar, y en aplicaciones con tiempos de ciclo relativamente largos, pero la mayoría no pueden competir con la velocidad y precisión de un robot industrial tradicional".

Su naturaleza colaborativa también puede ser exagerada. Dice Robers: "Si pones un cuchillo en el extremo de un cobot, ya no es colaborativo. Si usas un gripper que tiene la capacidad de pellizcar el dedo de alguien, entonces no se considera colaborativo. Ya sea el nuestro o el de otro, tienes que evaluar si la solución es verdaderamente segura y agregar la protección adecuada si es necesario".

También está el "qué pasaría si" en qué pensar. Los usuarios familiarizados con la capacidad de un robot industrial para recuperarse en caso de una pieza caída o retraerse desde el interior de una pieza en caso de un fallo de energía, por ejemplo, pueden decepcionarse si su nuevo y brillante cobot necesita ayuda humana para resolver una situación incómoda.

"Si tienes mucho tiempo de ciclo, no requieres repetibilidad extrema, y la gente necesita estar dentro y alrededor del área de trabajo, entonces esas son aplicaciones decentes para un cobot", dijo Robers. "De lo contrario, podría argumentar que un robot industrial es una mejor solución, y dependiendo de los resultados de la evaluación de seguridad que cualquier cliente de robots debería hacer antes de comprar uno, podría costar menos dinero implementar mientras ofrece mayor rendimiento. Hay mucha expectación alrededor de los cobots: la gente está emocionada con ellos, y la teoría detrás de ellos es sólida, pero este es definitivamente un caso donde los compradores deben hacer su tarea".