Aplicaciones robóticas en celdas de maquinado

No solo son más fáciles de programar y útiles en un mayor número de aplicaciones. Los robots también son cada vez más accesibles. Para la industria metalmecánica, el creciente desarrollo de la tecnologí­a robótica abrirá las puertas de la automatización, incluso, a los talleres más pequeños.

Los datos más recientes indican que la instalación de robots industriales en el mundo creció 18% durante 2017, y para los siguientes dos años se espera un incremento promedio de 15% anual en la región de las Américas, incluyendo México, según el informe Industrial Robots 2017, de la Federación Internacional de Robótica (IFR, por sus siglas en inglés).

Desde 2010 la demanda de robots industriales se ha acelerado considerablemente en busca de una mayor automatización de procesos, y por las mejoras técnicas con las que cuentan hoy los robots industriales. Entre 2011 y 2016 el aumento promedio de ventas de robots en el mundo fue de 12% anual, es decir, se suministraron 212,000 unidades anuales, que representan 84% más de los que se comercializaron entre 2005 y 2008, que eran en promedio 115,000 robots al año.

En la actualidad, según la IFR, existen cinco mercados principales que representaron el 74% del volumen total de ventas en 2016: China, República de Corea, Japón, Estados Unidos y Alemania. Incluso, desde 2013, China ha sido el mayor mercado de robots del mundo con un crecimiento dinámico continuo.

Si bien el mayor incremento se registra en paí­ses de Asia, el informe de IFR indica que “México se ha convertido en un importante mercado emergente para robots industriales. Las ventas de robots aumentaron aún más para llegar a 5,900 unidades en 2016, una vez más un nuevo récord”. De hecho, México está entre los 10 paí­ses con mayor número de compra de robots, por encima de Francia y España.

A nivel mundial, el número total de robots industriales en operación a finales de 2016 aumentó en un 12% para llegar a 1.8 millones de unidades. Visto de otro modo, la densidad promedio global de robots es de aproximadamente 74 unidades instaladas por cada 10,000 empleados en la industria manufacturera mundial en 2016.

De 2018 a 2020, se espera que la instalación de robots en el mundo aumente en promedio 15% por año: 15% en las Américas y en Asia/Australia, y 11% en Europa. Las ventas globales totales alcanzarán aproximadamente 520,900 unidades en 2020, y entre 2017 y 2020, se estima que se instalarán más de 1.7 millones de nuevos robots industriales en fábricas de todo el mundo.

El sector que lleva la delantera en la automatización de procesos mediante robots industriales es, por supuesto, el automotor, pero el de mayor crecimiento ha sido el sector eléctrico-electrónico, y en tercer sitio está la industria de los metales y maquinaria que ha tenido un alza constante desde 2010, con una tasa de crecimiento anual promedio de 15% entre 2011 y 2016.

De manera más particular, más allá de las actividades de soldadura, dentro de los procesos de mecanizado las aplicaciones robóticas se han enfocado en su mayorí­a en actividades de carga y descarga y movimiento de materiales. Esta tendencia está cambiando gracias a costos cada vez más bajos y una mayor facilidad de programación, lo que hace que los robots sean ahora más accesibles.

Aplicaciones robóticas

Las aplicaciones robóticas en celdas de maquinado se han incrementado en los últimos años. Según la IFR el 72.7% de todos los robots industriales se utilizan para manipulación y soldadura, y solamente el 2.0% se utilizan para procesos como corte, fresado o rectificado.

Como explica Sergio Bautista, responsable de Robótica y Movimiento en ABB México, si bien las principales actividades de los robots industriales hoy son en manejo de materiales, como carga y descarga de piezas y materiales, también están tomando piezas para colocarlas dentro del centro de maquinado, posteriormente sacándolas y llevándolas a una balanceadora o una marcadora, o realizando la medición de las piezas.

El especialista detalla que hay procesos colaterales donde cada vez se utilizan más robots como el rebabeo, el deflashing y la limpieza de la pieza, incluso, en maquinado. Además, se usan regularmente en procesos de inspección y medición para verificar que las piezas cumplen con los requerimientos de calidad, y también en cambios de herramienta.

En general, dice la IFR, se utilizan para un conjunto limitado de operaciones de maquinado, sobre todo de piezas que requieren baja precisión y en procesos donde se necesita una baja fuerza de contacto como pulido, rebabeo y desbarbado, aunque estas aplicaciones van en aumento.

En particular, en procesos de rebabeo, deflashing o pulido, se requiere que el robot tenga control de fuerza, es decir, aplicar fuerza a las piezas con una herramienta para poder rebabear para quitar todos los excesos de rebabas, limpiar la pieza, incluso, cambiar la pieza, poner un pulidor, limpiar la pieza y volverla a entregar a la salida del proceso. Y hoy en dí­a se puede hacer mediante software, como el Integrated Force Control de ABB que dota al robot casi con la sensibilidad de la mano humana para hacer frente a los cambios de presión en el proceso.

Héctor Fernando Núñez, jefe de Servicio en V&F Solu en la actualidad los robots pueden participar desde la operación inicial de corte de la barra, hasta procesos de maquinadociones, lo resume en que, e incluso, en el embarque del producto terminado, y según su experiencia, las celdas de maquinado con robots son una tendencia particularmente en sectores como el automotriz y el aeroespacial.

Y añade que las capacidades cada vez más innovadoras de los robots, junto con la adquisición de máquinas herramienta más rápidas, con mayores prestaciones y con una interfaz para la conexión de robots es determinante para los procesos de maquinado, y pone como ejemplo el centro de maquinado Fanuc Robodrill, que permite expandir software y hardware para colocar la instrumentación para el control del robot dentro de la misma máquina, convirtiendo dos máquinas en una.

Se habla de que las ventajas de los robots es que suelen ocupar menos espacio que un operador humano, además, en comparación con el trabajo manual, la automatización robótica puede incrementar en 60% la utilización de la máquina herramienta, de acuerdo con datos de ABB.

Otros fabricantes aseguran que se reducen las tasas de rechazos al mí­nimo, así­ como los ciclos de producción, incluso, de acuerdo con Kuka, el tiempo de operación de un centro de maquinado se puede extender de 16 a 24 horas, incrementando la productividad en 50%, entre otras ventajas.

Adicional a esto, reduce el riesgo de accidentes o enfermedades para los operadores al dejar de realizar operaciones de carga y descarga de piezas o en actividades de rebabeo; en inspección y medición, un robot es mucho más flexible que una cámara fija, y puede medir en menos tiempo y con uno solo se pueden atender varias estaciones de trabajo.

Sin embargo, Ernesto Riestra, profesor de Robótica en el Tecnológico de Monterrey y CTO de Metagraphos, asegura que no todo se debe automatizar, sino solo aquellas operaciones donde se tienen volúmenes altos y piezas relativamente regulares con pocas variaciones, y se puede lograr un mejor retorno de inversión que si se tienen piezas muy variables o que requieren un poco más el criterio o ajuste de un técnico.

Por ejemplo en qué casos no, en casos de usos de celdas para producción de componentes no productivos, es decir, herramental, soporterí­a, ahí­ no nos conviene automatizar, son volúmenes bajos y hay variaciones muy grandes”, aclara.

Nuevas capacidades

Con las innovaciones que están en puerta, se estima que para 2020, el 45% de los robots industriales recién instalados tendrán al menos una caracterí­stica inteligente, ya sea análisis predictivo, aprendizaje entre iguales, o la cognición autónoma, por mencionar algunas, según el informe IDC FutureScape: Worldwide Robotics 2018 Predictions, de la compañí­a de inteligencia de mercado IDC.

En tanto, la IFR prevé que los robots colaborativos, el IoT, Machine Learning y la Inteligencia Artificial liderarán la robótica en los próximos años. La nueva generación de robots adquirirá o adaptará nuevas habilidades a través de procesos de aprendizaje, y se beneficiarán de la nube como una base de datos y aprendizaje colectivo.

Uno de los retos de los robots en las actividades de carga y descarga está en que si las piezas están desordenadas o vienen con ligeras variaciones, el robot tendrá dificultades para hacer frente a esto; sin embargo, las recientes innovaciones en inteligencia artificial —como explica Ernesto Riestra— permiten ahora montar un sistema de cámaras en el robot para que detecte dónde están las piezas y responder a la variación de estas de forma flexible.

“La empresa española Vision Online tiene un sistema de visión bastante interesante para alimentación de piezas pequeñas, donde en lugar de poner las piezas en una tolva o en un sistema de alineación, las poní­an en una caja de tornillos y de diferentes tamaños, o sea, un tornillo de una pulgada, otro de ¾, etcétera; entonces el sistema de visión del robot podí­a discernir dónde estaba cada tornillo y decidir si toma uno de tal tamaño y colocarlo en un compartimiento de donde podí­a integrarse a un proceso”, dice.

Para el académico esto responde a una de las tendencias más importantes que vienen con la Industria 4.0 que es el uso avanzado de datos que se recaban de sistemas de manufactura, PLC’s y controles, entre otros, y lo que prevé es un uso cada vez mayor de herramientas de inteligencia artificial, como sistemas de visión computarizada que, asociados a un robot industrial, establecen una capacidad mejorada para identificación de piezas y manipulación.

Otros importantes avances están en la programación de los robots, ya que hoy es posible hacerlo de manera prácticamente intuitiva, en algunos casos es posible programar directamente moviendo el gripper (programación in-line) por lo que los requerimientos de capacitación de programadores se reducen.

La programación está en proceso de simplificarse, según explica Sergio Bautista, de ABB México; sin embargo, en su opinión, lo importante es el conocimiento del proceso, porque eso es algo que el robot no sabe y difí­cilmente lo sabrá en el corto plazo, por lo que el conocimiento del proceso es la parte medular de una aplicación robótica exitosa y para eso se necesita al experto, al operador.

En ello coincide, Héctor Fernando Núñez, de V&F Soluciones, quien comenta que “efectivamente, el robot desempeña un papel muy importante, pero el éxito de la celda de maquinado es muy similar a un reloj suizo: funcionará correctamente si todas sus partes están bien sincronizadas”.

Y así­ lo demuestran industrias como la automotriz que no solo en el mundo, sino también en México está liderando esta tendencia de las aplicaciones robóticas, ya que se estima que utiliza y consume el 75% de los robots que se venden en el paí­s, mientras que la industria de metales no automotrices, e incluso, plásticos no automotrices, tendrí­a 10% del total de robots, y la industria en general otro 10%. Lo que es un hecho es que está creciendo su uso.

Las aplicaciones robóticas en celdas de maquinado definitivamente es una tendencia, tal vez lo único que deberí­a acotar es que necesitamos romper el miedo al uso de los robots, sobre todo las pequeñas y medianas empresas, las grandes creo que ya lo han superado. Las pymes todaví­a tienen estos clichés de que ‘se necesita un doctorado para integrar un robot’, ‘cuesta muchí­simo un robot’, y ‘qué voy a hacer con la gente que desplaza un robot’, (…) algunos están tomando el riesgo, pero faltan muchos”, afirma Sergio Bautista.