Manufactura No Automotriz Adopta Robótica para Impulsar Eficiencia y Flexibilidad

Pero los robots quizás nunca manejen completamente la producción.

Robots más baratos con más funciones, junto con celdas de trabajo más flexibles e instalaciones que facilitan la robótica, están acelerando el crecimiento de instalaciones de manufactura automatizadas en el sector no automotriz. Las ideas sobre si la robótica y automatización llevan a manufactura lights-out en el piso de taller, sin embargo, son mixtas.

Mientras que el número total de unidades vendidas e ingresos para robótica en 2018 bajaron, los pedidos de robots industriales realmente crecieron 24% sobre el año anterior en ciencias de la vida, alimentos y bienes de consumo, plásticos y caucho e industrias electrónicas, según la Robotics Industries Association.

Hay muchas razones para el crecimiento — entre ellas están que los sistemas robóticos son más fáciles de instalar, integrar en un sistema de automatización y programar.

Por ejemplo, el enfoque de ABB con base en Suiza es producir una gama de soluciones de automatización estandarizadas y modulares vs. diseñar e ingeniar celdas de trabajo a medida para cada uno de sus clientes.

"Todo eso reduce el tiempo porque no estamos gastando semanas o meses diseñando e ingeniándolas", dijo Dwight Morgan, vicepresidente de ventas y marketing para ABB USA Robotics, Auburn Hills, Mich. "Así que, dentro de todas las aplicaciones en las que nos involucramos, como cuidado de máquina herramienta o empaquetado, tenemos una familia de soluciones estándar que nos permiten movernos muy rápido y establecer plazos de entrega cortos".

FANUC America Corp., Rochester Hills, Mich., ofrece robots habilitados para móviles que pueden ponerse en ruedas o recogerse con un montacargas y colocarse en su lugar.

"Y, típicamente, son un poco más autónomos, así que hay menos conexiones en ellos", dijo Rick Maxwell, director de ingeniería para el segmento de industria general y automotriz.

El colega de Maxwell, John Tuohy, director ejecutivo de cuentas globales, dijo que FANUC también tiene varios clientes interesados en asistencia de elevación semi-autónoma.

"En una forma de colaboración, FANUC tiene la capacidad de adaptar cualquiera de nuestros robots en un dispositivo de asistencia de elevación similar a lo que uno puede ver con un contrapeso o dispositivo de asistencia de elevación en una fábrica hoy", dijo Tuohy. "Un operador manipula manualmente el robot a la posición deseada, termina la tarea, y envía el robot de vuelta a recoger otra pieza autónomamente".

Tom Fischer, director de operaciones para RobotWorx, Marion, Ohio, una empresa que vende e integra robots ABB, FANUC, Kuka y Motoman en celdas de trabajo, dijo que avances en comunicación Ethernet vs. configuraciones analógicas han hecho mucho más fácil usar múltiples funciones (como interactuar con otros robots, interfaces hombre-máquina y estaciones de operación de botón pulsador) del robot al mismo tiempo.

"Puedes pasar múltiples señales a la vez en lugar de tener que cablear cada señal individualmente", dijo. "Es solo un enchufe simple y luego configurar tu E/S Ethernet".

También hay un factor humano que está haciendo la instalación de robots más fácil, dijo Fischer. "Creo que estamos llegando a una generación que entiende mejor la electrónica, y a través de su experiencia con videojuegos son más hábiles controlando cosas con un teclado (o un colgante de enseñanza robótico) vs. directamente", dijo Fischer. "Pueden aplicar esa experiencia a la robótica".

En MC Machinery Systems Inc., la robótica downstream es lo próximo grande. La subsidiaria de Mitsubishi Corp. está basada en Elk Grove Village, Illinois, y vende EDMs de hilo, máquinas de fresado y cortadoras láser, y las integra en líneas automatizadas.

"Tomas una pieza, la recoges, la apilas adecuadamente y se mueve a un lugar donde la robótica puede moverla a una ubicación separada", dijo Jason LeGrand, especialista en automatización. "Quizás pase por una máquina ahorradora de tiempo o un aplanador o una plegadora. Esa es lo próximo grande y literalmente estamos teniendo reuniones con integradores para descubrir cuáles son sus requisitos para hacer esto realidad".

Facilitando la robótica downstream está la adquisición en 2018 de Astes4 por Mitsubishi, una empresa suiza que hace el Astes4Sort, un sistema de manufactura flexible diseñado para clasificación.

"Están absolutamente, sin duda, en la vanguardia de la clasificación automatizada de piezas saliendo de un láser industrial", dijo LeGrand. "Su función es el siguiente paso donde necesitamos llevar nuestra automatización láser. El Astes4Sort toma las piezas terminadas que salen y las apila como se le dice; eso, en y de sí mismo, se vuelve muy atractivo para usuarios finales".

Las piezas se apilan y paletizan, listas para el siguiente paso en el proceso de manufactura. "Eso lo hace mucho más fácil para integrar una operación robótica en el extremo posterior porque sabemos que hay una pila de piezas similares, una encima de otra, en la misma orientación", dijo LeGrand. "Ese es el primer paso para permitir que un robot lo tome de ahí y vaya a la siguiente operación sin tener que tener un sistema de visión más costoso o algo de esa naturaleza".

¿Se Están Aplanando los Precios de Robots?

Históricamente, los robots se han vuelto más baratos, pero según información anecdótica los precios se han aplanado mientras el valor ha subido.

En los últimos 30 años, el precio promedio de un robot industrial ha caído a la mitad, según el consultor global de gestión McKinsey & Co. El precio promedio de venta de robots industriales disminuyó de $63.000 en 2009 a $45.000 en 2018, según statista.com.

El sitio web de RobotWorx, que vende robots nuevos y reacondicionados, reporta que robótica industrial nueva, completa con controladores y colgantes de enseñanza, cuesta de $50.000-$80.000. Típicamente, robots reacondicionados cuestan la mitad que robots nuevos, según RobotWorx.

En el pasado reciente, el precio de robots realmente no ha disminuido pero las empresas de robótica han agregado más funcionalidad, dijo Fischer de RobotWorx.

Un ejemplo de funcionalidad mejorada está en la interfaz hombre-máquina, dijo. "En el pasado, tenías que cablear un accesorio secundario para usar como HMI", dijo. "Ahora, empresas como FANUC están agregando eso a su software para que pueda ejecutarse desde su colgante".

Otro ejemplo de funcionalidad agregada se puede ver en robots colaborativos, dijo. "Su mayor uso es en cuidado de máquina, ese es el caliente ahora", dijo. "Puedes tener un operador en la celda de trabajo con el robot trabajando lado a lado".

Maxwell de FANUC estuvo de acuerdo con el aspecto de funcionalidad. Al igual que en la industria de computadoras, donde quizás no necesariamente pagas menos por una laptop pero obtienes más por tu dinero, cuando pagas el mismo precio por un robot obtienes significativamente más funcionalidad. Los robots de hoy son más rápidos, tienen más capacidad de cómputo, más poder de procesamiento y/o una carga útil más alta, dijo.

LeGrand de MC Machinery también estuvo de acuerdo. "[Los robots] están mejor adaptados a una variedad más amplia de aplicaciones", dijo. "Como resultado, los fabricantes los están usando para más. Lo que está pasando es que los fabricantes están tomando una pila de piezas que están bien cortadas y están siendo entregadas a un lugar donde los robots pueden acceder a ellas.

"Ahora los fabricantes dicen '¿Qué puedo hacer desde este punto con un robot para agilizar la operación y darle un tiempo de ciclo repetible para que podamos planificar producción efectivamente', y así sucesivamente", continuó.

Usa Tus Manos

Una vez que los fabricantes han identificado lo que los robots pueden hacer para hacer operaciones más eficientes e instalarlos en su piso de planta, esos fabricantes pueden aprovechar software más intuitivo y amigable para programarlos.

"Ha habido un tremendo esfuerzo a través de nuestra compañía así como a través de toda la industria para hacer el uso y programación de automatización más intuitivo con cosas como guiado manual, programas de menú, ese tipo de cosas", dijo Maxwell. "Lo que encontrarás es que muchos de los fabricantes, y FANUC en particular, tienen opciones básicas, fáciles de usar, impulsadas por menú. Nuestro iHMI te guiará a través de cómo generar programas. Es gráfico, y realmente bastante simple".

Una vez que el robot está programado y funcionando, las empresas de robótica han hecho más fácil migrar de programación básica a tareas más complicadas para integrar la funcionalidad aumentada del robot, dependiendo del trabajo en cuestión, dijo Maxwell.

Fabricantes de robots como FANUC y ABB también han agregado guiado manual para programación. Para una operación pick-and-place, el operador enseña al robot una posición agarrando un mango y arrastrando la herramienta de extremo de brazo (EOAT) a donde está una pieza, luego arrastrando la EOAT a una posición clara, luego arrastrándola a una caja. La forma antigua de enseñar la misma tarea sería usar el colgante de enseñanza del robot y presionar varios botones para los ejes X, Y y Z para poner el robot en posición.

"Ahora estás listo para correr", dijo Maxwell. "En esos tres o cuatro pasos, le has enseñado al robot qué hacer. Así que, es mucho más intuitivo, y mucho más fácil de usar".

YuMi de ABB, un robot de doble brazo totalmente integrado con visión, agarre por vacío, dos tipos de agarre mecánico y control de fuerza, también puede programarse con guiado manual. "Es como enseñar a tu hijo a andar en bicicleta", dijo Morgan.

Aplicaciones comunes para YuMi son manipulación de materiales, ensamblaje, empaquetado y producción de alimentos. "Cuando sacas un YuMi de la caja, está listo para ir", dijo Morgan. "Tiene dos brazos, así que uno puede ser un dispositivo de sujeción para sostener una pieza y el otro puede ser una mano de trabajo. No necesitas una cinta transportadora, no necesitas un palet, no necesitas un dispositivo de sujeción".

¿No Hay Situaciones Verdaderas Lights-Out?

El uso de manufactura lights-out ha sido obstaculizado por problemas de manipulación de piezas y logística, pero planificación detallada, el Internet Industrial de las Cosas (IIoT), y características aún en desarrollo, como inteligencia artificial (IA), prometen superarlos. De nuevo, lights-out completo puede no ser la respuesta, dijo un fabricante.

Para cualquiera que tenga cualquier tipo de automatización, lights-out es la meta, dijo LeGrand. En las celdas de trabajo de su compañía, la idea es mantener el láser encendido tanto como sea posible.

"Todos se están moviendo hacia eso", dijo. "En años pasados, con sistemas de automatización y, más importante, las técnicas de programación y configuraciones de máquina, no estaban del todo preparados para lights-out real. Hubo muchos volcadizos de piezas y cosas que detendrían la máquina. Todos hemos aprendido de nuestros errores".

LeGrand dijo que lights-out puede requerir compromisos, especialmente si los operadores están haciendo anidamiento dinámico donde cada nido es único. Esto es común especialmente en talleres de contrato.

"Y en muchas situaciones de taller de trabajo, ellos creen que lights-out no se aplica a ellos", dijo. "Pueden hacerlo, sin embargo — solo tienen que abordar el anidamiento, la programación, todo un poco diferente. Tienen que usar un conjunto diferente de parámetros para cortar".

Puede no ser la forma más rápida de cortar, pero lento y constante gana la carrera en lights-out, dijo LeGrand.

"Tiene que moverse consistentemente sin parar. Así que quizás el espaciado de piezas se vuelve un poco más grande, quizás el golpeteo para mantener las piezas de volcarse se vuelve un poco más agresivo".

Como resultado, sus clientes pueden terminar con dos programas diferentes para máquinas de MC Machinery; uno para lights-out, y uno para operaciones tripuladas.

Maxwell de FANUC estuvo de acuerdo en que lights-out es el futuro y sigue siendo una meta para varios de sus clientes. "Hemos visto éxito relativamente bueno para correr períodos muy largos de tiempo", dijo. "Tal vez un turno, tal vez un turno y medio, pero a través del proceso de manufactura todavía hay áreas donde necesitan entrar y hacer ciertas cosas. Donde ha tenido éxito es usualmente tercer turno, segundo a tercer turno".

Eso es porque las operaciones lights-out no dependen solo de la automatización, sino también de otras máquinas y procesos, como manipulación de materiales. La logística es importante, dijo, y si no están bien planificadas, pueden surgir escaseces de material.

El consejo de Maxwell a cualquiera decidido a operaciones no tripuladas es primero analizar sus operaciones y descomponerlas en pasos discretos. Luego, considerar qué podría salir mal dentro de cada paso y determinar cómo ese problema podría resolverse sin un operador.

Tener algunos trabajadores a mano siempre será necesario, dijo Fischer de RobotWorx. "Lights-out es una especie de nombre equivocado para producción", dijo. "Realmente no hay una situación verdadera de producción lights-out. Siempre tienes algún soporte. Pero las empresas van hacia automatización de tripulación esqueleto".

En este punto, todavía es necesario mantener gente esencial para apoyar la línea, dijo; no necesariamente operadores pero técnicos de mantenimiento y técnicos de robots para soporte en caso de que algo se rompa o necesite reparación.

"Lo que está habilitando la tendencia hacia operaciones lights-out es el uso de robots para cuidado de máquina y manipulación de materiales", dijo Fischer. "El futuro es IA y IIoT".

El IIoT permite enviar alertas a una ubicación remota para que un trabajador monitoree e intervenga en caso de un problema programando mantenimiento y le permitiría rastrear números de producción. La IA es más predictiva y permite a un robot iniciar y hacer ajustes por su cuenta.

La IA de robótica está en desarrollo, y aún no está disponible en ningún robot, dijo Fischer. "Todos los OEMs están trabajando en ello como proyectos de I+D, pero ninguno existe todavía", dijo. "Quizás lo veamos en los próximos cinco a 10 años".

Otro gran problema frenando el lights-out verdadero es la calidad de piezas, dijo Fischer.

"Si estás haciendo un proceso de ensamblaje, un proceso de soldadura, a menos que tu calidad de pieza sea impecable, te encuentras con problemas que solo una persona puede identificar desde una perspectiva de salida de calidad o reparación y mantenimiento", dijo. Los fabricantes automotrices deben tener inspección visual de soldaduras de seguridad para asegurar que las soldaduras estén correctamente ubicadas y libres de defectos. Una cámara es demasiado limitada para hacer la inspección, añadió.

Morgan de ABB ha girado su enfoque lejos de lights-out hacia Industria 4.0. "Sabes, hemos estado en el negocio de robots por décadas, y diría que el término 'producción lights-out' era casi visto como el Santo Grial de la manufactura automatizada", dijo. "La gente pensaba que una vez que llevas tu proceso y negocio a ese nivel, has llegado".

Mientras otros se enfocan en lights-out, ABB ha puesto su mira en la fábrica del futuro e Industria 4.0, con una instalación de manufactura flexible y ágil que puede operar en bajo mezcla, alto volumen así como alta mezcla, bajo volumen.

"Si miras productos tradicionales de alto volumen como teléfonos celulares, solo mira cuántos colores y configuraciones de memoria puedes comprar, por ejemplo, un teléfono Samsung Android hoy", dijo Morgan. "Eso es lo que estamos viendo hoy en manufactura".

Nuevo es el ecosistema integrado donde toda la configuración de automatización está integrada en necesidades de clientes como entrega rápida. Por ejemplo, dijo Morgan, un fabricante de lentes de contacto puede producir miles de millones de lentes de contacto blandos, pero ahora tiene una operación de e-fulfillment en la planta con empresas de entrega y logística integradas como FedEx in-situ.

"Realmente estamos viendo un gran enfoque hacia lo que sea que gastes tu dinero como fabricante, tiene que ser confiable y disponible con un enorme enfoque en eficiencia general de equipo", dijo Morgan. "El número OEE de clase mundial anterior de 80-85% es ahora una barra muy baja y para ser clase mundial hoy, están empezando con 90%. Se trata de eficiencia en cada nivel. Eso significa un robot colaborativo trabajando junto a un operador en un ambiente de manufactura, y todo está conectado digitalmente".