Implementar con éxito la automatización del mañana, hoy

La tienda de sala limpia seca DryClean-CAPE® no solo crea un entorno de producción limpio, sino también uno con una humedad muy baja. © Fraunhofer IPA

El aprendizaje automático hace que la toma de decisiones automática sea más autónoma, rápida y robusta. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

El «Análisis de Potencial de Automatización» (APA) ya está disponible para procesos de soldadura. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

«DesignChain» es la digitalización y automatización continua del proceso técnico de pedido, desde el pedido hasta el producto terminado. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

La «Robo-Dashcam» recopila datos relevantes para la seguridad y datos personales de manera conforme a la protección de datos, mientras la célula robotizada está en funcionamiento. De este modo, el concepto de seguridad también puede ajustarse posteriormente. © Fraunhofer IPA

Con estudios de viabilidad virtuales, las empresas pueden verificar rápidamente y sin inversiones en materiales la factibilidad de una aplicación de "tocar y sacar". © Fraunhofer IPA

Ofrecer a las empresas una clara ventaja competitiva y prepararlas para los desafíos en torno a la producción del futuro: Con esta promesa de rendimiento, el Fraunhofer IPA se presenta del 27 al 30 de junio de 2023 en la feria automatica. Los visitantes podrán experimentar aplicaciones relacionadas con robótica, automatización, inteligencia artificial, así como tecnologías de salas limpias y obtener nuevas perspectivas a través de sesiones de expertos regulares y el formato de entrevistas «Interaktiv Live».

El Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización IPA se presenta en la automatica de este año con once exposiciones que muestran cómo las empresas pueden implementar soluciones de automatización de alto nivel. La oferta es diversa: Está dirigida a empresas con aplicaciones existentes que desean optimizarlas y a aquellas que quieren realizar aplicaciones completamente nuevas. Para cada etapa del proyecto, hay exposiciones que permiten llevar a cabo con éxito esa fase.

Paso 1: Evaluar la viabilidad técnica y económica

Muchas empresas desean automatizar, pero temen errores técnicos y económicos. Para ello, el Fraunhofer IPA ha ofrecido durante años el «Análisis de Potencial de Automatización» (APA). El equipo de desarrollo del APA va directamente a las empresas, analiza el estado actual y determina una «aptitud para la automatización» objetiva de los procesos de producción investigados. El APA ya se ha utilizado en más de 500 clientes en todo el mundo para diversos proyectos de automatización en montaje. Ahora también está disponible para procesos de soldadura. «Las empresas obtienen así una base de decisiones sistemática que reduce significativamente el riesgo de inversión», explica Lorenz Halt, jefe de grupo en el Fraunhofer IPA.

Hasta ahora, el APA estaba ligado al conocimiento especializado de los expertos del Fraunhofer IPA. Para la feria, también está disponible como aplicación en el socio de licencia Evia. De este modo, las empresas pueden analizar por sí mismas una aplicación que quizás quieran automatizar. Además de las aplicaciones de montaje y soldadura, el equipo está desarrollando actualmente un APA para la carga de máquinas y para la logística.

Y fuera de los hangares de producción, a menudo también se desea más automatización. Por ello, un grupo en el Fraunhofer IPA trabaja en el desarrollo de una navegación exterior robusta y autónoma para los desafíos de entornos exteriores típicos. La logística intralogística exterior, la agricultura o la silvicultura son ejemplos de entornos potenciales. Un desafío central en esta navegación son las diferentes condiciones de luz y clima, así como las superficies transitables y obstáculos. Así, en procesos de intralogística entre naves industriales, obstáculos como puentes de cables, rejillas de rejilla, baches o escalones y niveles pueden representar dificultades para los sistemas autónomos. En el stand, se demostrará el robot prototipo outdoor CURT_mini, mostrando cómo resolver estos obstáculos mediante hardware y software coordinados y cómo se puede implementar con éxito la logística intralogística en áreas exteriores.

El expositor está acompañado de una amplia oferta de asesoramiento sobre el uso sensato de robots móviles autónomos (AMR) en interiores y exteriores. El Fraunhofer IPA tiene una larga historia de éxito con su software de navegación. Un ejemplo se encuentra en la producción de un fabricante de automóviles. En 2014, se utilizaron por primera vez vehículos de transporte sin conductor (FTF) que utilizaban el software del instituto. En el stand, llamará la atención un FTF con un coche en él, como prueba y símbolo de la transferencia tecnológica exitosa, que también llevó a una spin-off.

De los campos de trabajo a las naves de producción, se trata con el expositor «DesignChain»: aborda la demanda actual de que la industria produzca cada vez más productos personalizados de forma rentable y en tiempos cada vez más cortos. Para poder competir en el mercado mundial, se recomienda la llamada «DesignChain». «Esto significa que la gestión técnica del pedido, desde la solicitud hasta el producto terminado, está digitalizada de forma continua», explica Jonas Krebs, co-desarrollador del expositor. Los esfuerzos para la preparación de la producción se reducen a la mitad. Los visitantes en el stand del Fraunhofer podrán configurar un producto individual mediante el expositor, que luego se generará como modelo CAD, se simulará para la fabricación y se planificará para la impresión 3D.

Paso 2: Crear conceptos sólidos

Las transferencias tecnológicas exitosas requieren una planificación y conceptualización a prueba de fallos. Porque si en esta fase del proyecto no se trabaja de manera meticulosa, generalmente se reflejará en costos inesperados y esfuerzos adicionales en etapas posteriores. Para apoyar específicamente esta fase, el Fraunhofer IPA presenta una solución orientada a la seguridad funcional (Safety) y la spin-off planificada «IntRAC» para la implementación de células de montaje con robots.

Los conceptos de seguridad pueden afectar negativamente el ciclo de trabajo de una aplicación robótica. Con el expositor «Robo-Dashcam», esto puede mejorarse. Para ello, una cámara captura datos relevantes para la seguridad de manera confidencial y segura, mientras la célula robotizada está en funcionamiento. Con base en estos datos, el concepto de seguridad puede ajustarse posteriormente para mejorar el rendimiento o el ciclo de trabajo de la aplicación. «Medimos el rendimiento optimizado del robot y podemos reducir las distancias de seguridad. Así, mostramos el éxito del proyecto y la efectividad de nuestra Robo-Dashcam», comparte Aulon Bajrami del Fraunhofer IPA, quien co-desarrolló la aplicación. Se puede lograr hasta un diez por ciento más de productividad y reducir en un 54 por ciento el tiempo para la evaluación de riesgos.

La Robo-Dashcam forma parte de CARA, el «Computer-Aided Risk Assessment», que ayuda a las empresas a crear conceptos de seguridad de manera sistemática y semi-automatizada, y a mejorar el rendimiento. Como el instituto ha estado activo en la normalización internacional durante 15 años, todas sus innovaciones incorporan los conocimientos más recientes de estos trabajos en comités.

Con la futura spin-off «intRAC» (célula de ensamblaje robótico inteligente), el Fraunhofer IPA ofrece una solución modular de automatización, especialmente para la montaje económico de cables y conectores, incluso en lotes pequeños. «Nuestra oferta responde a las necesidades de las pequeñas y medianas empresas, ya que la célula robótica modular puede adaptarse de manera flexible y rápida a diferentes productos. Esto permite a las empresas fabricar varias variantes con un solo sistema y tomar decisiones de inversión planificadas», explica Arik Lämmle, del equipo fundador, sobre la propuesta de valor. Así, intRAC se dirige directamente a empresas que generalmente no tienen conocimientos sobre robots y que se ven particularmente afectadas por la escasez de mano de obra y los altos costos laborales. La spin-off incorpora conocimientos de expertos en automatización de montaje y desarrollo de software en estos 15 años.

Paso 3: Validar la viabilidad técnica mediante experimentos o simulaciones

Una vez que la idea básica está asegurada y existe un concepto para la implementación, se trata de verificar la viabilidad. También en esta fase del proyecto, el Fraunhofer IPA presenta exposiciones ejemplares en el stand.

Una de ellas es «AI Picking», la manipulación basada en IA. Con esto, el equipo de desarrollo del Fraunhofer IPA aborda exactamente los obstáculos técnicos que aún frenan el uso generalizado de la manipulación con IA, a pesar de su alto potencial económico. «El uso de IA, o más precisamente, del aprendizaje automático, hace que la aplicación sea autónoma, más rápida y más robusta», describe Marius Moosmann, co-desarrollador del Fraunhofer IPA, los beneficios de la IA. Cómo se ve esto en concreto, se muestra en la exposición dividida en dos partes. Una parte con la manipulación clásica muestra cómo reconocer y manipular objetos confiablemente en cajas con contenido mixto. Además, se detectan automáticamente enganches y se planifica la trayectoria del robot para liberar el enganche. La otra parte muestra cómo reconocer y manipular diferentes envases en una paleta homogénea. Un robot apila los envases de manera adecuada.

Las ofertas relacionadas con la manipulación confiable de objetos casi cualquier tipo también incluyen estudios de viabilidad virtuales. Las empresas pueden verificar rápidamente y sin inversiones en materiales la viabilidad de una aplicación de manipulación en caja. Obtienen información sobre el diseño adecuado de la célula, el hardware, la manipulación de muchas geometrías de piezas y otros datos como tiempos de ciclo posibles, disponibilidad y manipulaciones por hora. Así, se dispone de un análisis completo como base para la toma de decisiones.

Además de la manipulación desde una caja, cada vez más preguntas sobre la colocación en una caja también son abordadas por los expertos del Fraunhofer IPA. Este proceso se vuelve especialmente importante con el auge del comercio en línea. La exposición sobre «Bin Packing» demuestra cómo también esto puede hacerse de forma totalmente automatizada. Tim Nickel, co-desarrollador de la aplicación, explica sus ventajas: «Sin datos previamente aprendidos sobre los objetos, el sistema robótico puede manipular formas libres, ahorrando espacio y sin patrones de embalaje o preselección, y colocarlos ordenadamente en una caja. Esto nos permite aumentar en un cinco por ciento la densidad de embalaje y reducir significativamente los esfuerzos de preparación.» Los visitantes pueden interactuar con el robot en el stand, entregándole un objeto y dejando que lo manipule y embale sin preparación previa. También es posible realizar estudios de viabilidad en simulaciones para el «Bin Packing».

Paso 4: Implementar conceptos en la producción

Finalmente, el Fraunhofer también ofrece amplias posibilidades para la realización final de una aplicación. Cómo puede ser esto, se muestra en el instituto con tres exposiciones ejemplares.

Así, el software «pitasc» aborda un problema frecuente en la automatización de montaje: la variedad de variantes, que hasta ahora requiere altos esfuerzos de programación. Estos esfuerzos hacen que el uso de la robótica sea rápidamente inviable económicamente. Aquí es donde entra pitasc: con este software, ya no es necesario programar cada punto de una tarea de montaje. En cambio, la programación se realiza de manera estructurada y modular basada en datos proporcionados por sensores en el robot. Módulos de programa predefinidos y reutilizables ayudan a implementar aplicaciones de montaje especialmente delicadas y controladas por fuerza más rápidamente que antes, y facilitan una adaptación eficiente a nuevas variantes. «Por ejemplo, la posición del robot, los dispositivos y hasta el efector final pueden cambiarse sin volver a programar», explica Anwar Al Assadi, jefe de grupo en el Fraunhofer IPA, las ventajas de la solución pitasc.

Otra estrategia para una mejor planificación y ejecución de montaje es una spin-off del Fraunhofer IPA. La startup desarrolla el software basado en inteligencia artificial «Assemblio» Assembly Suite, que analiza y evalúa archivos CAD-STEP. Cualquier sistema CAD puede generar estos archivos informativos. Proporcionan toda la información necesaria para derivar detalles de montaje estructurados con precisión. Otro componente de Assemblio es el «Assembly Composer», que lee la información de montaje extraída y la introduce en una herramienta para la planificación del montaje. La herramienta muestra información relevante para el montaje de forma sencilla y gráfica, haciendo que la planificación sea fácil y sin errores. La asistencia de montaje basada en IA «KIM» crea automáticamente y de forma económica asistentes de montaje para apoyar al personal de manera interactiva. La asistencia puede ser 2D o 3D, variable. Alexander Neb, CEO de la spin-off, comenta: «Los primeros estudios de usuarios muestran un ahorro de tiempo de hasta un 92 por ciento cuando se utiliza Assemblio». La software estará disponible comercialmente a partir de julio de este año.

Un tercer ejemplo de implementaciones exitosas es el sistema de sala limpia CAPE®. Es un sistema de sala limpia flexible que logra una pureza del aire de las clases ISO 1 a 9. Al igual que las tiendas de campaña, el sistema CAPE® puede montarse y ponerse en marcha en pocas horas o días. En los últimos años, los científicos han ampliado la familia de productos CAPE®. «El miembro más reciente de la familia es nuestro DryClean-CAPE®, que mostramos en la automatica. No solo crea un entorno de producción limpio, sino también uno con muy poca humedad, por ejemplo, un punto de rocío de -50°C», explica Frank Bürgen, jefe de grupo en el Fraunhofer IPA. En la producción industrial de celdas de batería, ya se usa el DryClean-CAPE®, pero también es crucial para la fabricación de automóviles y la aeroespacial.

Transferencia tecnológica exitosa: «50 años de robótica en el Fraunhofer IPA»

Muchas de las exposiciones descritas son resultados y pruebas de una transferencia tecnológica exitosa y desarrollos de aplicaciones rentables en torno a la robótica en el Fraunhofer IPA. El departamento de sistemas robóticos y de asistencia tiene una historia de éxito de 50 años en este contexto. Y esto se celebra en grande: con motivo de ello, del 26 al 29 de septiembre de 2023 habrá una semana de celebración. Todo bajo el lema #whatsnextrobotics – porque aunque es importante mirar hacia atrás y celebrar lo logrado, mirar hacia el futuro es mucho más decisivo para mostrar cómo el Fraunhofer IPA ya hoy diseña y prepara para la práctica la robótica del mañana.

Durante la semana de celebración, habrá varios eventos a los que están invitados todos los interesados:

– 26 y 27 de septiembre de 2023: Simposio Internacional de Robótica (ISR)
– 27 de septiembre de 2023: Foro de tecnología sobre sistemas de transporte sin conductor y robots móviles
– 28 de septiembre de 2023: Día de aplicaciones – eventos específicos para públicos objetivos sobre colaboración humano-robot, cobots en soldadura, sistemas de asistencia robótica para el cuidado, seminario de tecnologías sobre robots en almacenes, intercambio de experiencias sobre análisis de potencial de automatización
– 29 de septiembre de 2023: Visitas guiadas públicas por los campos de prueba, y a partir de las 17 horas «Noche larga de la robótica»

Para toda la información sobre la celebración de los 50 años, visite: ipa.fraunhofer.de/50y_es

El equipo del Fraunhofer IPA también estará disponible en automatica para responder a todas las preguntas relacionadas con las celebraciones.

Y por cierto: A principios de año, investigadores del departamento de sistemas robóticos y de asistencia del Fraunhofer IPA descubrieron un secreto. Revelaron qué hacen los robots por la noche: https://youtu.be/a8ymTUOJuZc

Más información

Sesiones de expertos:
Desde el martes hasta el jueves (27 al 29 de junio de 2023), el Fraunhofer IPA ofrece sesiones de expertos, es decir, recorridos temáticos guiados en el stand. Todos los interesados pueden registrarse con anticipación o simplemente acudir espontáneamente. La planificación prevista (válida para los tres días) está disponible en el enlace de registro: https://s.fhg.de/3hG

Interaktiv Live:
Dos veces al día, del 27 al 29 de junio de 2023, en el stand habrá una entrevista en vivo con un experto o experta, que también se transmitirá en LinkedIn. Las conversaciones con diferentes representantes de empresas y clientes girarán en torno a la exitosa transferencia tecnológica con Fraunhofer. La planificación prevista (válida para los tres días): de 10:30 a 11:00 y de 14:00 a 14:30.