Robótica avanzada para la fabricación industrial

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

Al mismo tiempo, muchos productos que se fabrican hoy en día son demasiado complicados para las tecnologías de automatización establecidas por sí solas, lo que obliga a los fabricantes a mejorar la robótica tradicional con ensamblaje manual por parte de trabajadores humanos. Se valora a las personas por su capacidad para comprender y dar cuenta de los cambios en un proceso muy rápidamente. Pero, ¿y si esta flexibilidad se incluyera en los 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, al mismo tiempo, satisfacer las demandas de una mayor personalización. La capacidad de cambiar rápidamente la producción de un producto a otro será una característica definitoria de las empresas en el camino hacia los 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 adaptarse fácilmente a esto 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 de la producción. ¿Cómo pueden los fabricantes fabricar múltiples productos de manera eficiente con cambios mínimos en el piso de producción entre productos?

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

El viaje de la robótica avanzada

Muchos pisos de fábrica dependen de redes de cintas transportadoras para transportar todo, desde la materia prima hasta los productos finales. Pero estas redes no fueron diseñadas para manejar miles de productos diferentes que van a las ubicaciones en constante cambio necesarias en un proceso de fabricación de múltiples productos. ¿Qué pasaría si un sistema de transporte pudiera cambiar? ¿Quizás cambiar de ruta para evitar áreas congestionadas en una fábrica? ¿O cambiar los destinos para entregar una pieza de trabajo en la estación de mecanizado óptima?

Estos son los tipos de problemas que la robótica avanzada resuelve con el uso de vehículos guiados automatizados (AGV) y robots móviles autónomos (AMR) junto con una plataforma de desarrollo de aplicaciones, soluciones y software avanzado.

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

Etapa uno, o el Participante etapa, 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 realiza un ser humano, posiblemente con la ayuda de un software, y luego las tareas se asignan a robots específicos para que funcionen en lugares y momentos específicos. Este enfoque funciona bien cuando se producen grandes volúmenes, cuando los cambios o modificaciones a una línea de producción se reducen al mínimo. Dado que cada acción de un robot se especifica explícitamente en esta etapa, el robot debe desconectarse cuando se requieren cambios y reprogramarse manualmente. Esto impacta negativamente en los tiempos de producción.

La segunda etapa es para Veteranos y es la etapa más común hoy en día para los fabricantes industriales. Se caracteriza por el uso del gemelo digital para la validación completa del sistema y para la construcción de algoritmos de control de toda la línea de producción. El uso de un gemelo digital de fabricación proporciona información profunda sobre cómo proceder en las etapas posteriores del viaje al permitir la simulación de toda la instalación. Se pueden lograr mejoras de productividad significativas en esta etapa mediante la actualización simultánea de varios robots que funcionan con los mismos controladores lógicos programables, lo que reduce el tiempo de inactividad en la planta de producción.

Avanzando hacia el tercero o Pioneer etapa, los fabricantes pueden comenzar a automatizar más el proceso de producción. Construido sobre la base de los conocimientos aprendidos del gemelo digital y aumentado con la retroalimentación de los sensores de IoT, la programación basada en tareas se puede implementar para robots en toda la instalación. Esto reduce en gran medida el tiempo necesario para programar robots para adaptarse a un diseño o cambio de proceso. Se pueden usar comandos simples para ajustar automáticamente el robot en función de una calibración de circuito cerrado entre el entorno físico y el gemelo digital.

La etapa final, llamada Visionario etapa, es donde las iniciativas de robótica avanzada se vuelven altamente autónomas, brindando una autonomía casi completa de los robots. Aquí también es donde los AGV y los AMR se vuelven altamente efectivos, reemplazando las cintas transportadoras estáticas y una ruta de proceso lineal con robótica móvil avanzada. Ahora los cambios de producción pueden ser casi tan simples como ingresar la cantidad de productos requeridos y cuántas variaciones se necesitan. A partir de esa información, el sistema determinará la ruta óptima 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 fuera de servicio 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, lo que ayuda a producir la carga de trabajo más eficiente para la fábrica.

La etapa Visionary es el punto óptimo para implementar AGV y AMR, debido a las simulaciones completas de fábrica. Pero la robótica avanzada se puede incorporar en etapas anteriores para ejecutar tareas más simples que la programación de producción. Algunas empresas han adoptado AGV y AMRS como carros de recolección semiautónomos para almacenes, donde el robot sigue y ayuda a un trabajador humano.

Dependiendo de cómo se gestione la fábrica, existen casi infinitas formas de optimizar la instalación. Es por eso que la inversión en el gemelo digital integral es tan importante para este viaje. Permite una visión más profunda de cómo está funcionando una fábrica, lo que ayuda a invertir con confianza 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 fabricación industrial.