Cómo elegir el sistema ideal de automatización para su taller

Un lector de nuestra publicación hermana Modern Machine Shop envió consulta a la sección “Pregunte al experto”, coordinada por John Miller, presidente de Way of The Mill:

“Hemos estado buscando soluciones de automatización para algunas de nuestras máquinas con el fin de mantenernos al día en la producción. La empresa con la que trabajamos tiene muchas opciones de robots, cobots, sistemas de pallets e, incluso, sistemas de carga de pallets con robots. ¿Cómo podemos diferenciar estas opciones y dónde podríamos usar cada una?”

La inquietud del lector refleja una tendencia estratégica: la automatización de equipos CNC ya no es solo una ventaja, sino una necesidad para los fabricantes. De acuerdo con el informe “2024 Manufacturing Industry Outlook”, de Deloitte, el 86 % de los ejecutivos de manufactura encuestados considera que las soluciones de fábrica inteligente serán los principales impulsores de la competitividad en los próximos cinco años.

Aunque las grandes empresas están aprovechando la automatización, las pequeñas y medianas empresas (pymes) se muestran indecisas. Según una encuesta del Smart Manufacturing Institute (CESMII) y la Society of Manufacturing Engineers (SME), menos de la mitad de las pymes están dispuestas a invertir en estas tecnologías. Los desafíos incluyen altos costos iniciales, falta de conocimiento e incertidumbre sobre el retorno de inversión; sin embargo, la automatización puede ofrecer beneficios significativos, como mayor eficiencia operativa, reducción de errores y ahorro de costos a largo plazo, lo que podría ayudar a las pymes a crecer y competir en el mercado.

En este panorama, la respuesta de Miller a la pregunta del lector resultó más que oportuna: “De todos los avances de nuestra industria, creo que la proliferación de la automatización es uno de los más interesantes para los talleres. Lo que solía estar reservado para los fabricantes de mayor volumen, ahora está disponible en soluciones compactas y flexibles que se adaptan a cualquier plataforma o tipo de controlador”.

Automatización de piezas y pallets

Con este planteamiento inicial, el autor pasó a comentar que para hacer esta decisión más sencilla en los talleres y enmarcar las decisiones de automatización futuras, existen esencialmente solo dos tipos de soluciones de automatización al hablar de máquinas CNC: manipulación de piezas de trabajo y manipulación de pallets.

Manejo de piezas de trabajo. Este sistema implica que la automatización se encarga de manipular directamente la materia prima y colocarla en un dispositivo de sujeción común en la máquina, como un chuck o una prensa de aire. Puede utilizar un brazo robótico o un alimentador automático para realizar la operación. Esta solución, más flexible, le permite adaptarse rápidamente entre distintas máquinas y configuraciones, y resulta ideal para talleres que manejan lotes largos y con configuraciones de sujeción estandarizadas; sin embargo, requiere una programación cuidadosa en cuanto a la lógica y el control de virutas.

Manejo de pallets. Aquí, al desplazar el sistema los dispositivos de sujeción (con las piezas ya cargadas) hacia la máquina, logra una conexión repetible que garantiza consistencia en las posiciones de trabajo. Esta configuración puede tener un costo inicial elevado debido a los dispositivos de sujeción adicionales y la necesidad de calibración inicial, pero permite eliminar tiempos de configuración en futuros proyectos, lo cual resulta especialmente beneficioso para lotes cortos o en talleres de prototipos. Las posiciones de trabajo se establecen una sola vez, y los pallets quedan listos para futuras operaciones.

Ambos sistemas, de acuerdo con el autor, presentan ventajas según el tipo de trabajo y la organización del taller. La decisión depende del balance entre el tiempo de configuración y el tiempo de operación. En trabajos largos, con sujeción común, el manejo de piezas resulta más eficiente y evita costos adicionales. Para trabajos variados y de bajo volumen, el sistema de pallets es más rentable al minimizar configuraciones repetitivas.

Los sistemas modernos ofrecen alta adaptabilidad a necesidades cambiantes mediante robots y sistemas de pallets compactos, fáciles de programar. Esto permite ajustes futuros, como mover sistemas entre máquinas o adaptar los pallets para diferentes volúmenes o mezclas de producción, sin comprometer la decisión inicial.

Un ejemplo destacado es el concepto de automatización híbrida de System 3R, que combina automatización de pallets con manipulación de piezas. Según la empresa, este sistema, que permite cambios automáticos entre piezas A y B, gestiona variables como programas NC, cintas, adaptadores de mordaza y cantidades. Esta flexibilidad, crucial para familias de piezas con diversas configuraciones de sujeción, maximiza el uso de un único sistema en procesos variados.

Para piezas demasiado grandes o pesadas para la manipulación directa, System 3R integra soluciones de automatización paletizada, que amplían su uso a múltiples industrias y requisitos de producción.

De manera similar, Schunk ha desarrollado el sistema de automatización R-C2, que combina manejo de piezas y pallets en un único dispositivo. Este sistema responde a demandas clave de la industria manufacturera, como la personalización creciente, la producción en lotes pequeños y la optimización de procesos ante la escasez de personal técnico calificado.

El R-C2 permite el mecanizado completo de piezas desde todos sus lados, con capacidad para lotes de entre 3 y 500 piezas. Su diseño optimiza la eficiencia y la precisión en configuraciones de producción flexibles. Desde el almacenamiento inicial del material hasta el acabado final, este sistema automatiza el flujo de trabajo al permitir ciclos continuos y precisos.

El sistema es especialmente útil en sectores como el aeroespacial, el automotriz y el de maquinaria de precisión, donde la calidad final y la exactitud son prioritarias. Su diseño compacto e integrado, que minimiza el espacio requerido en el taller, se adapta a diferentes tamaños de lote y niveles de complejidad.

Por su parte, Erowa presentó en IMTS 2024 su renovado Robot Compact (ERC) 150, una versión mejorada del modelo ERC 80. Este robot, capaz de transferir cargas de hasta 150 kg, es ideal para la automatización flexible de hasta dos máquinas, ya sea en procesos de fresado o EDM. Su diseño compacto ofrece alta densidad de almacenamiento, con magazines ajustables para diferentes tamaños de pallets.

Además, Erowa destacó el Lift, unidad independiente para elevar pallets y piezas pesadas desde mesas de trabajo hacia máquinas o pools de pallets. Durante la feria, este equipo demostró su capacidad para manejar cargas de hasta 250 kg, o 100 kg con un brazo extendido.

La selección de sistemas como estos depende de factores clave, como la relación entre tiempo de configuración y tiempo de corte, el espacio disponible en el taller, la facilidad de implementación y el nivel de experiencia del operador. La necesidad de optimización es aún más crítica en un contexto de escasez de trabajadores especializados, lo que impulsa a los fabricantes a adoptar soluciones de automatización avanzadas.

Tendencias en automatización para la eficiencia operativa

La automatización en el sector metalmecánico experimenta una rápida evolución, impulsada por avances en inteligencia artificial, sistemas de visión 3D, robots de fácil programación y robots autónomos. Además de los sistemas de automatización para CNC mencionados, existen otras tecnologías que permiten desarrollar tareas más complejas, lo que contribuye a optimizar la eficiencia en las operaciones de manufactura.

Estas herramientas tecnológicas, que les permiten a los sistemas de automatización asumir tareas de mayor complejidad, mejoran así el desempeño y la precisión en cada fase de la producción.

• Inteligencia artificial (IA)

La inteligencia artificial gana protagonismo en la industria, con aplicaciones significativas en la automatización. A principios de este año, Teradyne Robotics, empresa matriz de Universal Robots (UR), anunció una alianza con Nvidia para incorporar el paquete CuMotion en la planificación de rutas de los cobots. Esta integración permite acelerar el proceso de planificación hasta un 80 %. Además, UR trabaja con Nvidia para integrar herramientas de IA en su software operativo PolyScope X, lo que optimiza el desempeño de los robots colaborativos en aplicaciones complejas y específicas.

A medida que los fabricantes se inclinan hacia la automatización, la inteligencia artificial generativa (gen AI) surge como una herramienta clave para transformar procesos desde el diseño de productos hasta la cadena de suministro.

Según una encuesta de Deloitte sobre el futuro de la experiencia digital del cliente en 2024, el 55 % de los fabricantes de productos industriales ya utiliza herramientas de inteligencia artificial generativa en sus operaciones, y más del 40 % planea incrementar su inversión en inteligencia artificial y aprendizaje automático en los próximos tres años.

Sin embargo, estas empresas adoptan un enfoque medido al implementar estas tecnologías y siguen procesos tradicionales de evaluación de retorno de inversión. De hecho, un estudio del Manufacturing Leadership Council, en 2024, reveló que el 78 % de los fabricantes considera que sus iniciativas de IA están integradas en sus estrategias generales de transformación digital.

Google Cloud ha ingresado en la manufactura proporcionando soluciones de inteligencia artificial y machine learning que permiten desbloquear el potencial no explotado de los datos en cada etapa del ciclo productivo. Su presencia en eventos como IMTS tiene el objetivo de guiar a los profesionales en la aplicación de estas tecnologías en sus operaciones.

Durante la feria, la compañía demostró cómo la IA puede integrarse en distintos aspectos del ciclo de producción, incluidos diseño de productos, investigación y desarrollo, manufactura y logística.

• Robots autónomos y cobots móviles

La robótica autónoma ha evolucionado desde robots estacionarios hasta cobots móviles, capaces de desplazarse entre diferentes estaciones de trabajo. En la actualidad, robots como los vehículos guiados automáticamente (AGV) y los robots móviles autónomos (AMR) se han convertido en componentes clave en almacenes y empiezan a integrarse en instalaciones de manufactura para tareas como el manejo de materiales.

Boston Dynamics, con amplio reconocimiento por su robot autónomo de inspección Spot, ha ampliado sus ofertas mediante el lanzamiento de Stretch, un robot autónomo diseñado específicamente para entornos de almacén, lo que aumenta las opciones de automatización en logística y manufactura. Spot, por su parte, capaz de realizar tareas de inspección y monitoreo, se destaca por su versatilidad en entornos industriales.

Además, los robots colaborativos continúan ganando popularidad. Durante la reciente feria IMTS, Kawasaki Robotics presentó su línea CL de cobots, y Rethink Robotics lanzó la línea Reacher. Ambos modelos cuentan con certificaciones IP para operar en entornos de taller, lo que enfatiza la intención de los proveedores por satisfacer las necesidades de los talleres de mecanizado como mercado clave para estos cobots.

La movilidad en robótica también ha tenido avances importantes. Rethink Robotics, además de su línea Reacher, introdujo el AMR Ryder, un robot autónomo capaz de transportar un cobot y colocarlo en diferentes máquinas, para facilitar la flexibilidad operativa en el taller.

La experiencia del usuario y la facilidad de integración de los cobots también han sido prioridades para los proveedores. Universal Robots, por ejemplo, ha desarrollado un sistema de programación sencillo mediante un control colgante, que les permite a operadores de máquinas sin experiencia en programación robótica, manejar múltiples equipos. Esta simplificación en el uso les ha permitido a algunos fabricantes alcanzar operaciones autónomas de 24 horas y lograr un incremento de productividad superior al 600 % en procesos de mecanizado, según la empresa.

Los cobots, que actúan como multiplicadores de fuerza laboral, están demostrando su potencial en aplicaciones como soldadura, metrología, manejo de piezas y mecanizado. Según Will Healy, líder global en soldadura de Universal Robots, la combinación de cobots e inteligencia artificial eleva los niveles de productividad y usabilidad en los talleres. En IMTS 2024 se abordaron estos avances, entre los que se destacó la colaboración de Universal Robots con Siemens para implementar el software de visión profunda SIMATIC Robot Pick AI junto con la cámara 3D M130, de Zivid.

• Soluciones híbridas y expansión de capacidades

En la pasada edición de EMO Hannover 2023 se destacó la tendencia hacia una producción autónoma y flexible con tecnologías que optimizan la precisión y eficiencia de los procesos de manufactura.

DMG MORI, por ejemplo, mostró su máquina-herramienta INH 63 para mecanizado en cinco ejes de piezas de hasta 1,000 kg, diseñada para ser parte integral de sistemas de producción automatizados. La innovación se complementó con el sistema de paletización PH Cell 800, que permite una manipulación automática de las piezas.

Además, la empresa presentó su sistema robótico autónomo UH-AMR 2000, diseñado para transportar piezas y herramientas dentro de la planta.

La tendencia continuó en IMTS 2024, donde varios fabricantes de equipo original (OEM) presentaron soluciones para ampliar sus capacidades de hardware y software, con el fin de cubrir aplicaciones adicionales que antes requerían múltiples soluciones específicas.

Hermle, por ejemplo, presentó una máquina híbrida que combina un fresado de cinco ejes con un proceso aditivo menos común, lo que permite crear características funcionales imposibles de realizar con mecanizado exclusivamente sustractivo. Este enfoque, que ofrece acabados de superficie superiores a los logrados con muchos procesos aditivos convencionales, optimiza el resultado final en aplicaciones complejas.

Por otro lado, Romi introdujo su nuevo torno C470, que incorpora un volante manual junto con un control CNC, lo que facilita la transición entre el torneado manual y el torneado CNC. Esta configuración mixta, que les permite a los talleres una adaptación gradual a la tecnología CNC, simplifica el cambio hacia un mecanizado más automatizado sin abandonar del todo las prácticas manuales.

Zeiss se destacó con la celda de inspección automática ScanBox 5130, que utiliza un sensor 3D de luz azul de alta velocidad ATOS 5 montado en un brazo robótico FANUC, para permitir la ejecución completa y automatizada de secuencias de medición. A través del módulo de software Virtual Measuring Room, los usuarios sin experiencia en robótica pueden planificar y programar las secuencias de medición del ScanBox, para simplificar así el proceso de inspección.

La ScanBox 5130 crea un gemelo digital geométrico detallado de la pieza física, que permite compararlo con el modelo CAD, visualizar desviaciones en dimensionamiento geométrico y tolerancias, y analizar los resultados de inspección en función del control estadístico y de tendencias.

En el software, esta tendencia de integración también es evidente en las nuevas funcionalidades añadidas a sistemas existentes y en el lanzamiento de nuevos productos que expanden las capacidades tradicionales. Un ejemplo es el sistema de control TNC7 MAS, de Heidenhain, que incorpora predicciones en tiempo real sobre el éxito de las piezas, basadas en extrapolaciones de datos de la máquina y de piezas previamente fabricadas. Esta herramienta identifica errores antes de que se complete la producción de la pieza para mejorar la precisión y reducir el desperdicio.

Además, el sistema de datos Harmoni para talleres integra elementos de software de monitoreo de máquinas DNC y un sistema de gestión de ejecución (EMS), incluida también una función de control de tiempo. Esta plataforma combina tareas que abarcan desde el monitoreo de máquinas en el piso de producción hasta la gestión de la oficina de producción, con el fin de aumentar la visibilidad de datos y optimizar las operaciones en general.

• Sistemas de visión

Los sistemas de visión 3D mejoran la precisión en la robótica industrial, especialmente en tareas complejas como el “bin picking” (selección de piezas en bandejas), manipulación de materiales e inspección. Esta tecnología resulta útil en el manejo de piezas con formas u orientaciones variadas.

Un ejemplo destacado es la implementación de sistemas de visión 3D por parte de MetalQuest, que ha automatizado la selección de piezas en contenedores para mejorar la eficiencia operativa. Además, Comau ha desarrollado la tecnología MI.RA/3D, que utiliza cámaras 2D para generar imágenes en 3D. Este sistema, que escanea y compara imágenes con una base de datos de referencia, asiste en operaciones de alta precisión sin necesidad de cámaras 3D costosas.

La inteligencia artificial también impulsa el avance de la visión en máquinas. Siemens, a través de su herramienta Robot Pick AI, permite que los robots identifiquen y manejen objetos desconocidos sin necesidad de capacitación previa, lo que aumenta la flexibilidad y adaptabilidad en entornos industriales.

• Manufactura aditiva

La manufactura aditiva (AM), un proceso automatizado por naturaleza, está impactando la producción de componentes metálicos en gran escala, especialmente a través de tecnologías como la deposición de energía dirigida (DED). Esta tecnología, además de reemplazar componentes usualmente producidos mediante forja, fundición o moldeado, optimiza tiempos de entrega. A diferencia de los métodos tradicionales, que dependen de la importación con plazos de entre seis y 18 meses, la manufactura aditiva permite reducir estos tiempos a solo unas semanas o, incluso, días.

Melanie Lang, cofundadora y CEO de Formalloy Technologies, destacó en entrevista con la organización de IMTS que la tendencia de integrar equipos de MA para llevar los procesos de manufactura al interior de las empresas está en crecimiento y se espera que continúe. Lang explica que “los últimos años evidenciaron las inestabilidades en nuestra cadena de suministro. No podemos asumir los plazos de entrega; el verdadero origen de los productos puede ser incierto, y algunas fuentes están sujetas a problemas geopolíticos”.