Los robots juegan hoy en día un importante papel en el aumento de la calidad, la fiabilidad y la eficiencia en las plantas de automóviles de todo el mundo
Las ventas de robots en el sector del automóvil han aumentado de 19.300 en 2009 a 69.400 en 2013; China, Alemania, EEUU y Japón son los principales compradores. Un reciente informe de un proveedor del analista independiente Visiongain estima que la automatización y la robótica en la producción de automóviles ha alcanzado un valor aproximado de 13.660 millones de dólares en 2014. Se espera que continúe aumentando la asimilación de robots en los próximos años con un mayor compromiso por parte de las plantas de automóviles.
Volkswagen cree que los robots son la respuesta al dilema del envejecimiento de la fuerza laboral en Alemania que amenaza con la jubilación de la generación del baby-boom entre 2015 y 2030 y la correspondiente falta de gente joven capacitada para tomar su lugar. Horst Neuman, miembro de la junta de recursos humanos de VW, escribió recientemente en el Sueddeutsche Zeitung que los robots asumirán algunos de los trabajos de la generación del baby-boom, especialmente aquellos que representan tareas monótonas y no ergonómicas. Declaró que los robots cuestan 5€ (5,67$) a la hora durante su vida útil, incluidos los costes de mantenimiento y energía. En comparación, el coste del trabajo humano por hora es de 40€, teniendo en cuenta los salarios, pensiones y costes de sanidad.
Teniendo en cuenta estos factores, no es sorprendente el ritmo al que están desarrollándose los robots y los proveedores de tecnología están introduciendo sus últimas innovaciones para ganar cuota de mercado.
Rediseñando las instalaciones de producción
El especialista italiano en robots, Comau, no es una excepción. Comau Flex por ejemplo es una solución de soldadura automatizada y estandarizada que podría rediseñar las instalaciones de producción. Esto se debe a que integra varias unidades, como el tratamiento de las láminas de metal y las unidades logísticas, junto con una instalación e inicio de la producción rápidas.
Utiliza los estándares World Class Manufacturing (WCM) de Fiat, por lo que Comau Flex se basa en dos sistemas modulares denominados VersaPallet y VersaRoll. El primero está basado en un transportador y alimentador de rodillos de alta velocidad que utiliza un deslizador para transportar parte del chasis y las carrocerías hasta el final del proceso de ensamblado. VersaRoll está basado en un transportador y cinta de elementos personalizados y se utiliza durante las fases de procesamiento del lado del vehículo. Cuando se combinan los sistemas modulares son capaces de realizar tareas que incluyen el ensamblado, resistencia, soldadura láser y en arco, y el revestimiento. Esta solución se puede utilizar para procesar aluminio además de acero, como por ejemplo en el Jeep 520 producido por la planta de Fiat Chrysler Automobiles (FCA) en Melfi, Italia.
El mejor ejemplo del ahorro en la integración de productos de Comau Flex es la máquina de soldadura; un robot Comau NJ4-90i con pistola de soldadura integrada, probablemente el único robot en el mundo de este tipo. Gracias al peso de la pistola que según Comau es 30 kg inferior al de los productos de la competencia, es posible aplicar robots con una carga de menos de 100 kg en aplicaciones de soldadura por resistencia.
En Italia se han instalado las líneas VersaRoll y VersaPallet en las plantas de FCA en Cassino, Pomigliano y Melfi; hay 365 máquinas de soldadura operando en Pomigliano y 250 en Melfi. La segunda produce un vehículo cada 53 segundos en producción de combinación aleatoria.
Comau Flex ejemplifica un sector de tecnología que actualmente abunda en desarrollos industriales. Por ejemplo, la 'visión de máquina' significa que los robots pueden ahora realizar tareas de aparejado que antes resultaban demasiado complejas, como por ejemplo el procesamiento de piezas moldeadas que varían ligeramente en tamaño, o una pila de bielas apiladas. Hoy en día los robots pueden ajustar las discrepancias o piezas orientadas aleatoriamente mediante tecnologías de cámaras 2D y 3D.
Schuler presento recientemente su nueva generación de equipos de automatización de prensado. Los robots Crossbar de la empresa se utilizan para transferir piezas de una fase a la siguiente en la línea de prensado: pueden extraer hasta cuatro piezas del molde al mismo tiempo y pueden cambiar su orientación en caso necesario, colocándolas directamente en el siguiente molde.
El nuevo robot Crossbar 4.0 puede transportar hasta 15 piezas por minuto, por lo que es el modelo más rápido hasta el momento. Esto se debe a un sistema de accionamiento modificado con dos motores y una nueva transmisión, así como la reducción del peso del robot a la mitad. Sin embargo, la carga máxima (incluyendo herramientas), permanece en 90kg. Adicionalmente, la eficiencia energética ha mejorado en un 20% gracias al sistema de gestión de la energía con recuperación de energía integrada.
Se pueden utilizar en las nuevas líneas de prensado y en las existentes, se ha integrado una unidad de acción dual en el IRB 6660 para crear un robot de siete ejes que permite transferir rápidamente las piezas de tamaño medio en la línea. Como resultado, según ABB, se eliminan las vibraciones creadas por los robots convencionales de seis ejes cuando rotan las piezas en 180°.
Un toque sensible
Los últimos avances en sensores táctiles también han proporcionado a los robots la capacidad de ajustar su movimiento a tiempo real El control de fuerza integrado de ABB, junto con otras tecnologías, garantizan el ensamblado de piezas con tolerancias ajustadas sin la necesidad de costosos accesorios de ultra-procesión. Según ABB, los robots que cuentan con sensores de fuerza integrados pueden imitar los movimientos de un brazo humano para encontrar la posición adecuada de ensamblado de una pieza. Para conseguirlo, utiliza la información que proporciona un sensor de fuerza, lo que permite al robot reaccionar a su entorno a tiempo real y ajustar su recorrido y velocidad correspondientemente.
Otra tendencia en auge son los robots colaborativos que trabajan en proximidad a los humanos sin necesidad de barreras. Aunque la mayoría de plantas todavía no han implementado estos sistemas, es posible que las últimas innovaciones cambien esta situación. Por ejemplo, el robot ligero LBR iiwa de siete ejes de Kuka (asistente de trabajo industrial inteligente - intelligent industrial work assistant), cuenta con sensores para la detección de colisiones y sensores integrados de torsión de las articulaciones en todos los ejes para garantizar la seguridad, un aprendizaje rápido y un sencillo control de operador en tareas ergonómicamente complejas, como la inserción de los conectores en la carrocería del vehículo o la fijación de tornillos en interiores confinados. Es un sistema compacto, según Kuka es el único robot ligero con una capacidad de carga de hasta 14 kg.
“Queremos dar el paso a la próxima revolución robótica”, comenta Christian Felkel, jefe de producto de Kuka Roboter. “Nuestra visión con LBR iiwa es, en primer lugar, liberar a los trabajadores en puestos de trabajo con una ergonomía precaria. En segundo lugar, queremos habilitar conceptos de ensamblado completamente nuevos, y en tercer lugar, queremos posibilitar la colaboración entre robots y humanos”.
Otro proveedor de automatización que ha invertido en esta tendencia es Universal Robots. El año pasado, la empresa desveló la tercera generación de sus brazos robóticos UR5 y UR10. Cuentan con ocho nuevas funciones ajustables de seguridad y la empresa asegura que son los únicos robots en el mundo que se adaptan a los avanzados ajustes de seguridad de cada aplicación específica. Los brazos robóticos UR5 y UR10 (carga útil de 5 kg y 10 kg) también están equipados con auténticos codificadores absolutos. A diferencia de otros muchos robots industriales, estos no están alimentados por baterías y por lo tanto eliminan la necesidad de reiniciar el robot, lo que permite un arranque automático y una integración con otros sistemas.
Esben Østergaard, CTO de Universal Robots, explica que el nuevo concepto patentado de seguridad es el desarrollo lógico de sus brazos: “Cuando los humanos entran en una sección de trabajo robótico, el brazo robótico puede trabajar en modo reducido y volver a la velocidad plena cuando abandone la sección. Para conseguir el cambio entre modo normal y de seguridad, el nuevo sistema de seguridad patentado controla ocho funciones: posiciones y velocidades de articulaciones; posiciones TCP, orientación, velocidad y fuerza, así como la inercia y la potencia del robot. Estos ajustes solo se pueden cambiar en una área protegida por contraseña”.
“Las interacciones entre humanos y robots pueden combinar la habilidad para realizar tareas que requieren repeticiones constantes y precisión con la habilidad para pensar y resolver problemas”
– Esben Østergaard, Universal Robots
Realmente no hay ningún estándar industrial para la definición de un ‘robot seguro’. Resulta útil que sean ligeros y capaces de operar en modos reducidos, pero el sentido común debe ser primordial. “En Universal Robots nos tomamos este debate con mucha seriedad”, dice Østergaard. “Si se han de implementar nuestros robots ligeros sin equipos adicionales de seguridad, será completamente necesario realizar primero una evaluación de riesgos. Los modelos UR5 y UR10 son habitualmente adecuados para su operación sin barreras de seguridad ya que siempre se implementan en el denominado modo colaborativo, lo que se obtiene mediante una función de limitación de fuerza”. Una prueba realizada en 2010 por el instituto tecnológico de Dinamarca (DTI) confirmó que debido a la aplicación permanente de la función de limitación de fuerza, el robot se detiene inmediatamente cuando se le aplican fuerza de entre 60 y 87 N.
La planta de motores de Volkswagen en Salzgitter es una de las primeras en adoptar la tecnología de Universal Robots. Allí se instaló un robot ligero UR5 en la sección de ensamblado de cabezales de cilindro, donde se encarga de manipular las delicadas bujías incandescentes. Gracias a su modo de seguridad integrado, el brazo robótico de seis ejes es capaz de interactuar directamente con personas sin necesidad de barreras. El robot cuenta con una pinza colaborativa desarrollada para esta aplicación por el integrador del sistema, Faude. El robot recoge cuidadosamente las delicadas bujías incandescentes y las coloca en las perforaciones de difícil acceso. Luego un operario se encarga de fijar las bujías.
La necesidad de velocidad
La seguridad es un factor importante en las operaciones de ensamblado entre humanos y robots, pero en las líneas de soldadura la velocidad sigue siendo el principal objetivo. Teniendo esto en cuenta, Yaskawa desveló recientemente sus nuevos robots de alta velocidad MS165 y MS210 que son un 20% más rápidos que los robots anteriores de la serie ES para la soldadura por puntos. El uso de resortes de gas en la tecnología del motor Sigma-5 de Yaskawa resulta en un diseño más ligero y reducido para permitir una mayor densidad de robot entorno a la carrocería o una sección de trabajo más reducida para aplicaciones de Tier 1. La serie MS también incluye nuevos modelos de robots MS100 y MS80W II que están diseñados para beneficiarse del reducido peso de las pistolas de puntos MFDC (corriente directa de media frecuencia, mid-frequency direct current). Estos brazos compactos son hasta un 30% más rápidos que los robots convencionales, indica Yaskawa.
Cloos ha introducido también para las operaciones de soldadura la serie Qirox All-In-One de sistemas compactos de robots. Qirox todo en uno significa que el posicionador de la pieza, el robot y el posicionador del robot están unidos (montados y alineados en una placa base). Esto permite una rápida y económica instalación porque no es necesario realizar un ajuste preciso, ya que los sistemas eléctricos y mecánicos están preinstalados. Según Cloos, el sistema todo en uno proporciona accesibilidad porque se pueden alcanzar mejores posiciones de soldadura. Adicionalmente, el diseño modular permite extensiones y retroadaptaciones individuales en cualquier momento.
Con indiferencia de la aplicación, parece que se están desarrollando constantemente nuevos robots para que las operaciones sean más rápidas, precisas, flexibles y seguras que nunca antes. Teniendo esto en cuenta, los ingenieros de producción automovilística deben estar al tanto de los últimos desarrollos para mantenerse competitivos.
Tesla encargó a un artista que retratara en un cómic el proceso de producción de vehículos eléctricosLos cambios más drásticos de la actualización de la fábrica se han dado en el ensamblado general, donde la compañía ha reemplazado varias estructuras mecánicas y suspendidas de acero a cambio de robots que pueden elevar y maniobrar vehículos enteros con una precisión óptima y ocupando menos espacio. Pronto los nuevos robots serán capaces también de instalar las baterías en los vehículos, por lo que aliviarán a los trabajadores de las operaciones más laboriosas en la fábrica y reducirán el tiempo de instalación de cuatro a dos minutos.
Para celebrar esta transformación, Tesla ha encargado a un artista que visite la planta y describa el proceso de producción en ilustraciones para un cómic y que ahora se han impreso en las paredes de cristal que protegen a los robots.
