Inteligencia
digital
en procesos

Robótica y Automatización

La automatización industrial se puede definir como el uso de un conjunto de tecnologías y dispositivos de control que resulta en el funcionamiento y control automático de los procesos industriales. Todo ello sin una intervención humana significativa y logrando un rendimiento superior a la ejecución manual.

La creciente competitividad de la industria exige productos de alta calidad y cada vez más robustos a un precio competitivo.
La automatización y robótica industrial facilita la mejora la calidad del producto, la fiabilidad y la tasa de producción, al tiempo que reduce los costes de producción, mediante la adopción de tecnologías y servicios nuevos, innovadores e integrados.

La captación de datos a través de una sensórica industrial, resulta esencial en el proceso de automatización industrial. Los últimos avances en este ámbito, impulsados en gran medida por los sistemas Internet of Things, han permitido el desarrollo de sensores inteligentes.

En qué estamos trabajando actualmente

En el ámbito de automatización, el equipo de fabricación inteligente de LORTEK tiene como objetivo proporcionar inteligencia operativa a la industria mediante la incorporación de robótica avanzada, monitorización e IoT, análisis de datos, integración de sistemas, modelado y simulación. Como resultado, se propone un paso adelante en la fabricación avanzada para lograr objetivos tales como la fabricación de cero defectos, la mejora de la calidad y la precisión, la inspección de piezas en línea, el tratamiento unitario, la mejora de la productividad, el conocimiento profundo del proceso de fabricación, y la optimización y el control del proceso. Algunas de las actividades que LORTEK está llevando a cabo en este contexto incluyen:

    Control Avanzado:

  • Control del proceso de fabricación aditiva: control de procesos en tiempo real de la tecnología de fabricación aditiva Laser Melting Deposition. LORTEK está trabajando en el control de dicho proceso, con el objetivo de conseguir un crecimiento de capas estable con una temperatura y área de baño fundido constantes. De esta manera, se consigue una alta precisión geométrica de pieza y buenas propiedades metalúrgicas. En este sentido, se han implementado satisfactoriamente diferentes estrategias de control.
  • LORTEK está desarrollando un sistema de control de avanzado para el proceso de soldadura por fricción rotativa. Dicho sistema permitirá realizar un control del proceso de soldadura rotativa de alta sensibilidad y velocidad. Además, se están implementando nuevas capacidades de fabricación avanzada, como la adquisición, monitorización y análisis de datos y parámetros críticos.

    • Internet of Things:

  • Arquitectura Hiperconectada para Plantas de Alta Producción Cognitiva (Proyecto Europeo HYPERCOG): LORTEK desarrolla una arquitectura innovadora para un sistema de automatización ciberfísico (CPS) que permita abordar la transformación digital completa de la industria de procesos y las plantas de producción de procesos cognitivos. Dicho Sistema Industrial Ciberfísico se implementará en los casos de uso de SIDENOR (fabricación de acero), CIMSA (cemento) y SOLVAY (químico).
  • Monitorización del proceso de soldadura:La monitorización permite optimizar el proceso de unión soldada, marcando los límites de proceso, entendiendo cómo tiene lugar la generación de defectivos e incrementando la calidad de los productos soldados. En este sentido, LORTEK ha diseñado y desarrollado una célula de soldadura robotizada inteligente, mediante la integración de un conjunto de sensores y captura en tiempo real de parámetros críticos de procesos. El análisis posterior de estos datos, basado en inteligencia artificial, permite avanzar hacia una producción de cero defectos.

    • Robótica Industrial:

  • LORTEK trabaja en el desarrollo de un proceso de reparación inteligente para piezas de alto valor añadido a través de robótica avanzada, soldadura y sistemas de inspección 3D. El proceso de saneado comprende tanto piezas que presentan defectos durante el proceso de producción, como piezas que sufren desgastes durante su vida útil. El objetivo es madurar las tecnologías 4.0 disponibles (robótica avanzada, visión artificial, soldadura 4.0, etc.) para lograr una solución automatizada para la reparación de defectos.
  • En el marco de la soldadura robotizada flexible LORTEK trabaja en la soldadura robotizada sin utillajes o jigless, donde un robot sujeta las piezas a soldar y otro o varios robots sueldan simultáneamente. Una célula robotizada basada en esta tecnología permite manejar múltiples referencias/productos y ordenes de producción con tamaños de lote incluso unitarios.

Equipamiento específico

CÉLULA ROBOTIZADA INTELIGENTE

  • Integración de sensórica y captura parámetros críticos con el fin monitorizar el proceso de soldadura robotizada.

CONTROL DE PROCESO DE FABRICACIÓN ADITIVA

  • Control del baño fundido (cámara CCD coaxial al láser) variando la potencia del láser.

CÉLULA ROBOTIZADA PARA EL SANEAMIENTO AUTOMÁTICO DE PIEZAS

  • Célula robotizada para el saneamiento automático de piezas de alto valor añadido

Casos de éxito

Reparación automática por soldadura por ARCO

Desafío

En piezas de alto valor añadido, su proceso productivo o su propia vida en uso, produce y aflora una serie de defectología–grietas, huecos, desgastes, imperfecciones– que requiere de la aplicación de ciertas operaciones de reparación y/o saneamiento mediante aporte de material. La geometría compleja de este tipo de piezas hace que las operaciones de recomposición se hayan realizado, hasta el momento, de forma manual por parte de operarios especializados, lo cual conlleva unos altos costes de proceso y plazos de entrega.

Solución

Con objeto de automatizar, optimizar y mejorar las citadas operaciones de aporte de material, LORTEK ha desarrollado una estrategia de trabajo basada en (1) el escaneo 3D automático de las zonas a rellenar y (2) el posterior cálculo de las trayectorias de aportación óptima y automática de material. A través de modernas tecnologías de escaneo –rápidas, automatizables, multimateriales– es posible obtener un “mapa digital” (CAD) de la pieza en cuestión, el cual se comparará con una imagen ideal, obteniendo así las zonas a rellenar. Estas regiones objetivo se traducen a las trayectorias de aportación óptimas (CAM) que posteriormente ejecuta una célula automatizada.

Beneficios

Esta estrategia robotizada permite, de inicio, aumentar la productividad gracias a la automatización del proceso. Además, al reducir tiempos y cantidad de material empleado, ajusta al máximo los costes de producción. Finalmente, dota al proceso de versatilidad ante multitud de defectologías y casuísticas.

Retos

Desafíos que hay que afrontar en los próximos años:

La mejora futura de los procesos de soldadura y su rendimiento operativo dependerán de la eficacia del desarrollo y la implementación de sistemas adaptativos innovadores. En este sentido, se trabajará en la automatización, la robotización y el control adaptativo de procesos de soldadura complejos. Estos nuevos sistemas tendrán que ser robustos, reconfigurables, fiables, inteligentes y económicamente viables para satisfacer las demandas de una tecnología de fabricación avanzada.
La fabricación de piezas con geometrías complejas mediante el proceso de fabricación aditiva LMD, puede suponer un reto para los controles monovariables implementados en la actualidad. Los algoritmos de control adaptativos multivariables posibilitarán la optimización del proceso de fabricación aditiva con respecto a diferentes objetivos, como la calidad de la pieza, la eficiencia del polvo depositado, la velocidad de fabricación etc.
El proyecto HyperCOG propone un sistema de fabricación inteligente basado en sistemas ciberfíscos, que sea robusto ante cambios o desvíos en producción. La solución está diseñada para permitir la monitorización en tiempo real, la analítica masiva de datos, la comunicación multilateral y la interconexión entre los sistemas ciberfísicos y las personas. De esta manera, se plantea una transformación digital de las industrias manufactureras, haciéndolas más flexibles.
Los sistemas cooperativos de robots múltiples son un tema de actualidad en robótica, ya que se considera que su aplicación supondrá grandes beneficios en la industria manufacturera. Sin embargo, estos sistemas (ejemplo soldadura jigless) todavía representan algunos desafíos tecnológicos, que deben superarse para su total implementación en la industria.

Francisco Javier Huertos

Investigador Referente en Control, Robotización y Sensórica.

Ingeniero en Automatización y Electrónica Industrial por Mondragon Unibertsitatea y Master en Ingeniería de Sistemas y Control por la Universidad Complutense de Madrid / UNED.

En la actualidad, es investigador senior en el grupo de Fabricación inteligente de LORTEK, liderando actividades en control, robótica y automación de procesos industriales.

Entre otros proyectos, es el coordinador del proyecto europeo HyperCOG. A su vez, cuenta con más de 10 años de experiencia como investigador en diferentes centros de I + D del grupo ArcelorMittal (Bélgica y España), liderando y participando en varios proyectos de investigación y desarrollo internacionales y nacionales.