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Nuevas tecnologías para una fabricación más flexible

AEI 521 - Mecanizado móvil, una revolución en la producción aeroespacial

Mecanizado movil una revolucion en la produccion aeroespacial siemens 34418
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¿Has estado alguna vez en una fábrica aeroespacial? Como promotor de negocios en este sector conozco las cifras y la tecnología que hay detrás de la construcción de un avión. Aun así, ver una nave de producción de aviones por primera vez me dejó atónito. El tamaño de las piezas, las secciones de la cola de los aviones, las grandes superficies de las alas en voladizo y las enormes piezas del fuselaje, que se mueven entre líneas de fabricación gigantescas, es impresionante. Puede llegar a ver incluso a una grúa izando una pieza del fuselaje de 30 metros para llevarla a la siguiente máquina.


¿Cómo encaja esto en el omnipresente esfuerzo de digitalizar la producción industrial y conectarla al Internet Industrial de las Cosas (IIoT)? Tengo muy claro que la producción aeroespacial, y el mecanizado de grandes estructuras en general, se enfrentan a grandes cambios en el camino hacia una mayor eficiencia, mayor flexibilidad y preparación digital.


La producción aeroespacial clásica es bastante rígida e inflexible. Hay considerables tiempos de inactividad en la producción para el transporte y la preparación de las diversas máquinas y dispositivos. Muchas de estas máquinas se desarrollaron solo para componentes individuales y procesos de producción específicos. Cualquier cambio en los modelos de aeronaves en muchas ocasiones da lugar a que la cara maquinaria no se utilice al máximo de su capacidad, a la par que se crean cuellos de botella en otras máquinas herramienta.


La producción de nuevos modelos de aeronaves o los aumentos de la capacidad de producción requieren largos plazos de entrega: hay que comprar e instalar nuevas máquinas.


¿Por qué no llevar la máquina CNC a la pieza de trabajo?


Imagina un patio de recreo donde los niños se quedan en un lugar y los padres se unen para llevarles las barras, el columpio y el tobogán. Así es la imagen de la situación en la producción aeroespacial. Siemens y el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Manufactura y Materiales Avanzados (IFAM) en Stade (Alemania) se han unido para cambiarla.


La idea es tan simple como dejar que los niños exploren un patio de recreo por sí mismos. ¿Por qué no llevar la máquina CNC a la pieza de trabajo en vez de moverse laboriosamente alrededor de las grandes estructuras? La idea del mecanizado móvil ha nacido.


Componente 1: un AGV como plataforma móvil


El mayor desafío para el equipo del proyecto ha sido lograr el grado de precisión requerido en la industria aeroespacial. Junto con varios socios, el equipo ha desarrollado un vehículo guiado automático (AGV) como base y centro de mecanizado móvil estable.
Debido a que los componentes de la aviación suelen tener una longitud de hasta 20 metros, la movilidad es importante a la hora de diseñar el nuevo robot. El robot que realiza los procedimientos de mecanizado se monta en el AGV y determina su posición precisa mediante un sistema láser. Con un peso de seis toneladas, la máquina móvil es lo suficientemente rígida para lograr los resultados precisos de mecanizado y, sin embargo, es capaz de moverse libremente e incluso de girar alrededor de su eje. Realmente, estas máquinas pueden bailar.


Componente 2: un robot de 6 ejes


Los robots han demostrado un alto grado de rendimiento en las típicas operaciones de Pick & Place. Sin embargo, comparados con la precisión de las máquinas CNC, sus movimientos tienden a ser algo más toscos. Por lo tanto, para el proyecto de mecanizado móvil, el equipo ha elegido robots de 6 ejes con accionamientos de precisión especiales que consistían en variadores y servomotores, sistemas de medición especiales en cada eje para los movimientos relativos, un segundo sistema de medida en las articulaciones del robot y rutinas de calibración especialmente desarrolladas.


Componente 3: control directo


El avance en términos de precisión y flexibilidad solo se produce con el tercer componente de la solución. Los robots suelen requerir un software de programación personalizado, que debe adquirirse de proveedores externos. El operario tiene que estar específicamente entrenado para programar y operar los robots.


El equipo de Siemens y Fraunhofer ha trabajado en esta situación mirando al robot como una máquina herramienta. La idea es programar directamente los robots a través de un CNC (control numérico computarizado), como es el caso de las máquinas herramientas en el taller. Ahora todo puede funcionar bajo una interfaz de usuario de control, que el personal técnico conoce bien de los clásicos centros de mecanizado CNC.


Para el proyecto de mecanizado móvil, se utiliza un sistema SINUMERIK para controlar la trayectoria del robot y un PLC SIMATIC para posicionar el AGV. En esta configuración, el robot puede lograr un grado de precisión mucho mayor a través del CNC controlado por la trayectoria y aun así tiene la capacidad de moverse libremente por toda la nave de la fábrica.


Siemens SINUMERIK RunMyRobot / Direct Control permite una integración perfecta del sistema de mecanizado móvil en el sistema operativo de la máquina herramienta CNC y en todo el entorno de producción. Un usuario experimentado de CNC puede programar la unidad completa del robot usando el bien establecido código G. Los programas CAM (fabricación asistida por ordenador) pueden transferirse directamente al robot. No es necesario un entrenamiento extenso ni personal adicional.


El mecanizado móvil se basa en las tecnologías y los conocimientos técnicos existentes


Siemens y Fraunhofer IFAM han desarrollado el mecanizado móvil basado en tecnologías y conocimientos técnicos que ya existen en los paisajes de producción. Esto facilita la integración simple en CAD/CAM, PLM y sistemas de planificación o como un gemelo digital para las rutinas de simulación.
En una perspectiva más amplia, el mecanizado móvil sienta las bases para integrar la producción industrial de grandes estructuras en la digitalización de toda la cadena de valor y suministro, desatando grandes potenciales para la optimización, automatización y escalabilidad de las operaciones.
Un ejemplo: Si un proveedor de motores a reacción se retrasa en el calendario de entrega, una línea de producción puede llegar fácilmente a una costosa paralización. Una red de producción de maquinarias móviles totalmente integrada permitiría llenar con flexibilidad el vacío, ya que las máquinas móviles pueden ser fácilmente reequipadas, reutilizadas y desplegadas en otro lugar.


Operaciones de mecanizado significativamente más rápidas


Los visitantes de la Hannover Messe 2018 pudieron ser testigos del exitoso funcionamiento del primer prototipo de AGV con un robot montado. Las primeras pruebas han demostrado que los prototipos de mecanizado móvil desarrollados por el equipo de Siemens y Fraunhofer hasta la fecha pueden realizar operaciones de mecanizado típicas de la industria aeroespacial con una precisión absoluta y repetitiva.
Pero el verdadero potencial del mecanizado móvil reside en tener varios robots trabajando en una pieza de trabajo simultáneamente. Con dos robots en operación simultánea se espera que los tiempos de producción se reduzcan al menos en un 30%. Y este número puede superarse fácilmente cuando se despliegan aún más robots para trabajar en una pieza de trabajo.


Un vistazo al futuro: enjambres de robots autónomos


Ya se han iniciado los proyectos de seguimiento para el mecanizado móvil. ¿Adónde nos lleva cuando se despliegan con flexibilidad varias unidades de robots móviles? El mecanizado móvil transforma enormes áreas de fábricas en redes de producción flexibles que se conectan fácilmente con el IIoT y con todo el potencial de la gestión de datos digitales, incluyendo la cadena de suministro a través de plataformas IoT como Siemens Mindsphere.
Hasta que veamos enjambres de robots autónomos en la producción industrial a gran escala como la aeroespacial, habrá muchos obstáculos que superar.


¿Cómo se puede garantizar la seguridad de la fuerza de trabajo? ¿Cómo se evitan las colisiones de forma fiable? Eso concedido, el mecanizado móvil tiene un gran potencial para el mecanizado automatizado de grandes piezas de una manera muy flexible. Aparte de la producción aeroespacial, el mecanizado móvil puede revolucionar la producción de palas de rotor, sistemas de turbinas eólicas, estructuras de vehículos ferroviarios y grandes conjuntos en el ámbito de la construcción naval.


El mecanizado móvil no solo abre nuevas posibilidades de optimización y escalabilidad, sino que también allana el camino para la cuarta revolución industrial en la industria aeroespacial. En el futuro, los restantes procedimientos de producción manual podrían ser sustituidos por operaciones móviles flexibles con un potencial de automatización mucho mayor y una preparación digital completa que permita el acceso a un nuevo y vasto campo de juego para la producción aeroespacial, que incluya procesos más flexibles y rápidos mediante un mayor uso, por ejemplo, del aprendizaje por máquina, la robótica y la impresión 3D.


Manuel Sanchez Gallizo
Responsable Vertical Aerospace de Siemens, S.A.
www.siemens.es


Este artículo aparece publicado en el nº 521 de Automática e Instrumentación, págs. 28 y 30.

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