Mejora de la inteligencia y seguridad de los robots en la fabricación

La pandemia pone el foco en una triste realidad de la fabricación: los humanos se enferman

El COVID-19 ha enseñado a los fabricantes una valiosa lección: cuando los humanos caen enfermos, las máquinas herramienta y los equipos permanecen inactivos. Es cierto que ya lo sabían, al igual que sabían que los empleados toman descansos para almorzar y vacaciones, llegan tarde porque el coche no arranca y se van a trabajar al taller de al lado por cincuenta centavos más la hora. Por estas razones, entre otras, los propietarios y gerentes de talleres han enfrentado durante mucho tiempo la presión de automatizar; ahora, ante una pandemia global, lo hacen con urgencia.

“EE. UU. ha luchado contra la escasez de mano de obra cualificada durante años, pero la dependencia de operadores humanos se ha vuelto especialmente desafiante últimamente”, dijo Mark Sumner, vicepresidente de ventas y marketing del proveedor de automatización industrial Acieta LLC, Waukesha, Wis. “Durante años hemos recibido llamadas de fabricantes diciendo: 'He estado pensando en automatización. Dime cómo podría mejorar nuestros resultados'. Desde el COVID-19, sin embargo, eso ha cambiado a: 'Necesitamos robots. ¿Cómo empezamos?'”.

La nueva normalidad

Hay muchas razones para este cambio, dijo. Considere talleres de mecanizado y empresas de fabricación en un mundo nervioso por la transmisión del virus. En estos entornos, las máquinas herramienta suelen estar lo suficientemente separadas entre sí como para que el distanciamiento social no sea un problema. Pero, ¿qué sucede a la hora del almuerzo, cuando los trabajadores se reúnen para compartir historias sobre su fin de semana en el lago o quejarse del rendimiento de su equipo deportivo favorito?

¿Y qué impacto tendrá el uso obligatorio de mascarillas en la moral de los empleados, por no mencionar las barreras de plexiglás, los controles de temperatura en la entrada y los carteles que recuerdan a la gente que mantenga una distancia de dos metros? ¿Qué pasa con el cierre que debe producirse inevitablemente cuando un compañero da positivo? Con suerte, todo esto será temporal. Quizás los inmunólogos desarrollen rápidamente una vacuna y para el año que viene podamos descartar 2020 como una anomalía. Pero, ¿y si nunca llega la vacuna? ¿Y la próxima pandemia? Preguntas como estas hacen reflexionar a los fabricantes, y muchos han dicho: “Basta ya. Automatizemos en la medida de lo posible”.

¿La buena noticia? Hacerlo ahora es más fácil que nunca. Sumner señaló que el distanciamiento social significa que habrá más espacio para posicionar robots entre compañeros de trabajo, mientras que Steve Alexander, vicepresidente de operaciones de Acieta, añadió que los sistemas de visión y otras capacidades avanzadas están teniendo un efecto positivo en el coste y la flexibilidad de los robots.

“Un número creciente de clientes utiliza cámaras para localizar piezas colocadas al azar, ya sea en un pallet, en una estantería o en un transportador”, dijo. “El robot puede determinar su orientación y luego recoger la pieza, así como determinar si existe una característica —un taladro, por ejemplo, o un código de barras— y luego tomar decisiones en consecuencia. Esto reduce la necesidad de utillaje y su gasto asociado, al tiempo que hace que los robots sean más fáciles de implementar”.

Ver con claridad mediante cámaras

El sistema de visión más popular de Acieta es iRVision de FANUC, que Alexander explicó que es una opción en cualquier robot FANUC. Sin embargo, se apresuró a señalar que hay cámaras de terceros y OEM disponibles para prácticamente cualquier marca de robot, sea cual sea su edad. El problema de determinar cómo va a utilizar una cámara suele ser la parte más difícil de la ecuación de visión.

“Definitivamente hay algo de ingeniería involucrada”, dijo. “Necesita establecer el diseño físico correcto, el campo de visión, la iluminación adecuada, etc. Y luego, en el lado del software, necesita enseñar al robot, correlacionando lo que ve la cámara y cómo esas imágenes se relacionan con la tarea en cuestión. No es tan simple como solo atornillar una cámara”.

Alguien que sabe todo sobre esto es Dave Bruce, gerente de ingeniería y experto en visión robótica de FANUC America Corp., Rochester Hills, Mich. Él y su compañero Greg Buell —experto en cobots e ingeniero senior del segmento de manipulación de materiales de FANUC— coincidieron en que los sistemas de visión están volviéndose más populares y capaces, pero advirtieron que su uso requiere algunos deberes adicionales.

“La visión ha avanzado mucho en los últimos años”, dijo Bruce. “La hemos tenido disponible en nuestras tres últimas generaciones de controladores, y en las dos últimas hemos hecho un gran impulso hacia la visión 3D (3DV), que utiliza cámaras basadas en nubes de puntos muy rápidas para mapear el entorno del robot. Anticipamos que el uso de robots industriales y colaborativos aumentará enormemente en los próximos años”.

Otra tecnología es la detección de fuerza, una capacidad que hace que los robots sean más seguros y capaces. Force Control de FANUC, por ejemplo, se usa a menudo junto con los productos de visión de la empresa para realizar operaciones de desbarbado y montaje; estas tareas se vuelven aún más fáciles cuando son compatibles con software inteligente. “Tenemos otro producto llamado Intelligent Deburr”, dijo Buell. “Permite a los usuarios cargar un dibujo CAD de la pieza, y el software generará la mejor trayectoria de movimiento para desbarbarla. Es este nivel de inteligencia artificial el que ayuda a los fabricantes a lograr el ROI más rápido posible en su inversión en automatización”.

Decisiones en tiempo real

A menos que sea de esas personas que temen una futura conquista robótica de la raza humana, la inteligencia artificial (IA) determinista es quizás el segmento más emocionante de la industria de la automatización. Eso es porque los robots equipados con IA no solo son más capaces, sino mucho menos costosos de operar.

“El 40 % de los costes continuos de un robot radican en su programación”, dijo Jason Barton, director comercial de Realtime Robotics Inc., con sede en Boston. “La IA puede reducir ese coste hasta en un 70 %. Realtime Robotics lo logra automatizando el proceso de programación robótica para determinar la forma más eficiente de ir del punto A al punto B, y luego generando un programa en consecuencia”. Además, el sistema puede modificar dinámicamente ese programa a medida que surgen ciertas condiciones, tecnología no muy diferente a la utilizada por los vehículos autónomos para navegar por la ciudad.

“Antes de tener GPS en nuestros coches y teléfonos, los conductores imprimían direcciones detalladas a lugares desconocidos”, dijo Barton. “Pero si había un cierre de carretera o tráfico intenso, tenías problemas porque no tenías forma de cambiar tu ruta sobre la marcha. Así es la programación convencional para robots hoy en día. Tienes que programar cada waypoint individual para cada uno de los movimientos necesarios para un robot dado, y si tienes varios robots trabajando juntos, tienes que programar cada uno para que trabajen en armonía. Es una tarea ardua y que consume mucho tiempo, una que somos capaces de eliminar”.

Los robots de autoprogramación conscientes de su entorno probablemente cambiarán las reglas del juego, lo suficiente para que Realtime Robotics se haya asociado con varios fabricantes de robots, entre ellos Mitsubishi Electric Automation Inc., Vernon Hills, Illinois. Adam Welch, gerente de producto de robótica de Mitsubishi, señaló que los sofisticados sistemas de visión 3D como estos ayudan a garantizar que todos los robots dentro de una celda o área de trabajo operarán eficientemente, conscientes espacialmente de dónde están actualmente y dónde planean estar en el futuro.

Evaluación de riesgos y capacidad

“Estamos utilizando esta tecnología para una variedad de aplicaciones robóticas de alta densidad, incluidas las de las industrias automotriz y de alimentos y bebidas”, dijo Welch. “Debido a que el sistema comprende intuitivamente los roles y responsabilidades de cada robot, es capaz de crear una jerarquía, estableciendo que el robot número uno tiene prioridad sobre el robot número dos, y así sucesivamente. Gestiona incluso procesos de fabricación muy estrictos de manera bastante eficiente, sin necesidad de programación avanzada”.

Por supuesto, eso no significa que los sistemas de programación tradicionales y los equipos de seguridad vayan a desaparecer pronto. Ben Sagan, gerente de desarrollo de negocio de Mitsubishi Electric Automation, sugirió que su solución MELFA SafePlus complementa la línea de robots industriales de la empresa al interactuar con una variedad de equipos de seguridad. Estos incluyen escáneres de área, cortinas de luz y alfombras de seguridad, todos los cuales sirven para reducir la velocidad del robot o limitar su movimiento basándose en la retroalimentación de estos accesorios.

Para aquellos que piensan: “Genial, deshagámonos de esas grandes y feas jaulas y reemplacémoslas con sistemas como estos”, no tan rápido. Como sus homólogos en toda la industria, ambos expertos afirmaron que los clientes deben someterse a una evaluación de riesgos antes de implementar cualquier robot. “Esto es cierto incluso con robots colaborativos”, añadió, señalando que Mitsubishi Electric Automation lanzará su primer cobot —el MELFA ASSISTA— en algún momento de este otoño. “Es fundamental que los fabricantes analicen cualquier aplicación robótica en relación con el diseño de la celda, las máquinas herramienta, los transportadores y cualquier otro equipo de manipulación de materiales, y cuánta interacción humana habrá”, dijo Sagan.

La pandemia acelera una mayor automatización

Joe Campbell está totalmente de acuerdo con la noción de más cobots. El gerente senior de marketing estratégico y desarrollo de aplicaciones de Universal Robots USA Inc., Ann Arbor, Mich., dijo que los fabricantes deben adoptar la robótica —colaborativa o no— lo más rápido posible. “Incluso antes de la pandemia, la situación era cristalina”, dijo. “Al menos 500.000 puestos de trabajo en fabricación quedaban sin cubrir. Más de 10.000 baby boomers se jubilaban cada día, y el 27 % de la fuerza laboral manufacturera tenía 55 años o más. Y el último argumento a favor de más automatización: la disposición de los millennials y otros jóvenes a entrar en los oficios estaba en un mínimo histórico”.

Esta situación por sí sola ha sido un impulsor constante de la automatización, señaló Campbell. Ahora añada una pandemia global a la mezcla. Como resultado, talleres de todos los tamaños están comenzando a comprar cobots y robots, intercalándolos con su fuerza laboral humana distanciada socialmente en un esfuerzo por volver a los niveles pre-pandemia. Con eso ha venido el deseo de reshoring siempre que sea posible, nivelando el campo de juego del bajo coste laboral con robots más inteligentes y capaces.

Un ejemplo de esto es ActiNav de Universal Robots, un sistema autónomo de picking de contenedores introducido el pasado abril. A diferencia de los pickers de contenedores que se encuentran en almacenes de comercio electrónico y centros de cumplimiento que son básicamente soluciones “pick and drop”, ActiNav es lo que Universal Robots llama “pick and place”. Se dice que es lo suficientemente preciso para el cuidado de máquinas CNC, e inteligente para recoger objetos colocados al azar incluso de contenedores muy profundos. Gran parte de esta capacidad se debe a otra primicia para la empresa, un sistema de visión de alta resolución suministrado por Photoneo Inc., Erlanger, Ky., junto con software que Universal Robots desarrolló internamente.

“Esa es la verdadera magia detrás de ActiNav”, dijo Campbell. “Con el picking de contenedores tradicional, tienes que programar todos los diferentes escenarios, algo que es prácticamente imposible de hacer en un contenedor lleno de pequeñas piezas metálicas. Con ActiNav, le muestras la pieza, el contenedor y a dónde quieres que vayan las piezas, y el software hace el resto. Es lo suficientemente simple para que puedas configurar una nueva pieza desde cero en dos a cuatro horas, algo que de otro modo podría tomar un par de meses”.

Movimiento seguro

Según Campbell, el COVID-19 finalmente ha mostrado a todos lo que sucede cuando permites que tu fabricación vaya a otro lugar. “Todo lo que se necesita es una pandemia o una interrupción similar y estás cerrado”, dijo. “Debido a esto, las empresas de todas partes quieren traer el trabajo de vuelta a casa, y quieren hacerlo ahora mismo. Gracias a la escasez de mano de obra, sin embargo, la única forma de hacerlo eficazmente es con automatización flexible que sea fácil de implementar, fácil de programar y operar, y dadas las protocolos de seguridad adecuados, pueda usarse junto a trabajadores humanos. Los robots colaborativos satisfacen estas necesidades en todos los aspectos”.

Joe Chudy, vicepresidente y gerente general de ABB Robotics U.S., Auburn Hills, Mich., también ha escuchado el llamado de la industria por más automatización, aunque su solución propuesta es un poco diferente. “Nuestros clientes nos dicen que la necesidad de acelerar la adopción de la robótica y la automatización es crítica, tanto para proteger la salud de sus empleados como para mejorar la continuidad del negocio”, dijo. “La mayoría ahora quiere cambiar el equilibrio entre globalización y localización para traer la producción más cerca de casa, el llamado nearshoring, mientras aumentan la flexibilidad de producción y mejoran la resiliencia de la cadena de suministro”.

Satisfacer esta necesidad requiere herramientas intuitivas que ayuden a los usuarios a tomar mejores decisiones. Una de ellas es el paquete de software SafeMove de la empresa, que Chudy dijo permite a los operadores una mayor libertad para colaborar con robots en un espacio limitado y prácticamente sin recinto, asumiendo que los sensores de seguridad, escáneres láser y barreras de luz adecuados están en su lugar. Puede usarse en toda la gama de robots industriales de ABB, “haciendo de cada robot un cobot” mediante medidas electrónicas configurables de detección y prevención de movimiento que restringen la velocidad, el movimiento y la posición de un robot cuando una persona se acerca.

También señaló la necesidad de software de simulación y programación fuera de línea, entre ellos RobotStudio de la empresa. El primero permite a los usuarios crear, simular y probar una instalación completa de robot en un entorno virtual 3D sin perturbar la línea de producción real. “Esto significa que las nuevas líneas de productos pueden instalarse más rápido y acelerarse a toda velocidad sin sorpresas durante la puesta en marcha. Esta es una competencia crítica para los fabricantes, considerando la personalización masiva y los ciclos de vida de productos más cortos de hoy”, dijo. “Y al igual que con el software CAM y las máquinas herramienta CNC, la programación de robots fuera de línea elimina el tiempo de inactividad y la interrupción del suelo de fábrica que ocurre con los métodos de programación manuales”.