Innovaciones robóticas generan oportunidades para fabricantes de maquinaria original
Al aumentar inversiones en robots para empaque y procesamiento, los fabricantes de equipos originales están encontrando formas creativas para abordar las nuevas demandas. Aquí están las robóticas ...
Craig Souser habla acerca del robot de prueba de JLS Automation, destinado a aplicaciones de empaque primario higiénicas que requieren de IP69k, en este caso, para apilado de tortillas.
Soluciones robóticas están creando vacantes y oportunidades para trabajos más creativos.
Los robots son más versátiles que nunca y, como resultado, las aplicaciones a las que se dirigen se están expandiendo más allá de las operaciones comunes de paletización y embalaje de cajas en el manejo de alimentos. Alguna vez prohibidos debido a las principales barreras de diseño sanitario e higiénico que impidieron que los fabricantes de equipos originales (OEMs, por su sigla en inglés) los implementaran en las líneas de equipos, las nuevas versiones de robots del tipo de alta protección con capacidades de lavado son cada vez más frecuentes en los entornos de procesamiento de alimentos para cortar, rebanar, colocar y dividir en porciones, por ejemplo. Si bien todavía existen limitaciones de espacio, velocidad y seguridad, así como la incapacidad de los robots para tomar decisiones (que los humanos pueden proporcionar), cuando los fabricantes o usuarios no pueden encontrar la mano de obra para operar el equipo, los robots han ayudado a las fabricantes de equipos originales a obtener el pedido.
Según el informe de PMMI “2018 Industrial Robot Opportunities in Food and Beverage Processing” (“Oportunidades de los robots industriales en el procesamiento de alimentos y bebidas, 2018”), el mercado de robots industriales en América del Norte y del Sur se estimó en $3.500 millones de dólares en 2017, y los Estados Unidos representaron más de 70 por ciento de esas ventas. Si bien la industria automotriz sigue representando la mayor parte del mercado: el 34,2 por ciento, los segmentos de alimentos y bebidas y cuidado personal capturaron el 13 por ciento de todos los robots industriales vendidos en las Américas.
¿Y qué buscan las empresas de alimentos y bebidas y las fabricantes de bienes empacados de un robot? Velocidad, flexibilidad, fiabilidad y facilidad de uso. Los sistemas de colaboración también están en la parte alta de la lista, al igual que las tecnologías complementarias, como las herramientas únicas de fin de brazo (EOAT, por su sigla en inglés) y la inteligencia artificial. Pero, ante todo, el robot debe cumplir con los requisitos sanitarios y de seguridad de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA).
Los robots higiénicos ocupan un lugar destacado en la lista de deseos de un procesador
El despliegue de robots en la industria de alimentos y bebidas ha sido más lento que en otros sectores debido a las estrictas regulaciones que deben cumplir estos fabricantes, específicamente en relación con el contacto directo con los alimentos. Esto ha limitado el uso del robot para aplicaciones de paletizado. Pero los fabricantes están desarrollando cada vez más robots higiénicos que crean nuevas oportunidades para el manejo directo e indirecto de los alimentos.
JLS Automation, un fabricante de equipos originales de la costa este de Estados Unidos, que fabrica equipos basados en robots para entornos higiénicos, ha visto un aumento en la necesidad y la demanda de robótica sanitaria en la industria alimentaria, pero también en la industria de los envases.
"Es muy fuerte el deseo de una solución sanitaria superior y toda la ejecución de acero inoxidable en un robot desde la base de clientes", dice Craig Souser, Presidente y CEO de JLS Automation. "La ejecución totalmente inoxidable es un valor agregado y es más costoso, pero muchos clientes seguirán optando por ella, incluso si no la necesitan porque saben que con el equipo higiénico, podrían ponerlo en cualquier lugar y no tener que preocuparse si cumplen o no con las normas sanitarias”.
De manera similar, en 2018, el fabricante de maquinaria de equipos de procesamiento de alimentos con sede en Virginia F.R. Drake buscó robots higiénicos para satisfacer la creciente demanda de los clientes. Pero cuando descubrieron la falta de estos sistemas disponibles, la empresa se embarcó en el desarrollo de su propio robot controlado por PLC. El diseño del robot F. R. Drake utiliza materiales como el acero inoxidable y el titanio que son totalmente compatibles con los estándares sanitarios de procesamiento de alimentos.
El robot sanitario de F.R. Drake fue desarrollado para responder a las necesidades de robots diseñados higiénicamente para la industria de procesamiento de alimentos.
"La robótica nos permite ser más versátiles en nuestras ofertas", dice el presidente de F.R. Drake, Tom Ivy. “Abren el mercado a compañías más pequeñas porque estos procesadores tendrán una máquina que carga salchichas grandes y pequeñas en diferentes orientaciones. Y cuando está cargando productos mecánicamente, no puede hacer todo eso ".
JLS Automation, también, ha visto cómo la robótica puede abordar múltiples formatos de productos. La compañía también está experimentando cómo esta forma de automatización puede salvar el día cuando se trata de la brecha de habilidades que enfrentan los clientes usuarios finales.
"Nuestro negocio ha crecido grandemente en los últimos dos años", dice Souser. "Parte de eso se debe a que el equipo se adapta bien a las aplicaciones que estamos buscando, pero la otra parte es que el mercado es muy fuerte debido a la escasez de mano de obra, agrega".
Los robots llenan vacantes
Mientras enfrentan la brecha de habilidades, los fabricantes de equipos originales saben de primera mano cómo el dilema de la escasez de fuerza laboral puede afectar la productividad, y está capitalizando en ella. American-Newlong, una fabricante de equipos originales con sede en Indiana, Estados Unidos, que fabrica equipos de formación de bolsas, se encontró vendiendo sus equipos a los agricultores una vez que comenzó a ofrecer paletizado robótico en un espacio reducido. Estos agricultores dependían de los niños de la escuela secundaria local para levantar y colocar bolsas pesadas de alimento en un palé, pero a medida que más áreas rurales se urbanizaban, la creciente disponibilidad de empleos de salario mínimo llevó la disminución de mano de obra disponible.
“Los usuarios finales simplemente no pueden encontrar la fuerza de trabajo necesaria para producir el volumen de producto que necesitan”, dice Wesley Garrett, el gerente de cuentas de integración de sistemas autorizado de pick / pack / paletizing para FANUC America. “Siempre están buscando un fabricante de equipo original para crear equipos que requieran un soporte mínimo por parte del operador”, agrega.
Según el informe de PMMI mencionado, el costo de comprar un robot industrial en comparación con el salario promedio anual de fabricación se divide, y los salarios de fabricación aumentan a medida que el costo de los robots disminuye. El estudio también indica que el costo del robot se refiere solo al precio de venta inicial del propio robot, y señala que existen otros factores como la integración, el software, la programación, las reparaciones y el consumo de electricidad que afectan el costo total de propiedad (TCO, por su sigla en inglés). Sin embargo, suponiendo un promedio de 1.783 horas de trabajo, el beneficio de TCO de introducir robots para reemplazar algunos trabajos humanos se está volviendo más ventajoso, afirma el estudio.
De acuerdo con el estudio de PMMI, los robots, además de abordar la reducción de la brecha de talento y la brecha de habilidades, también pueden liberar a los trabajadores humanos de trabajos aburridos, peligrosos o sucios, lo que les permite volver a capacitarse y a mejorar en sus trabajos con tareas más creativas y de mayor valor.
F.R. Drake vende equipos en Filipinas y otras áreas del mundo donde las plantas de procesamiento de alimentos experimentan una escasez de trabajadores a diario, y los empleadores tienen dificultades para encontrar empleados que se presenten a trabajar consistentemente.
"Consideramos que el trabajo se divide en dos cosas: el costo del trabajo y la disponibilidad de trabajo", dice Ivy. "Entonces, aunque solo cuesta un dólar por hora pagarle a alguien para que opere el equipo en Filipinas, no pueden encontrar a nadie. En Australia, cuesta $ 60 la hora para cargar cualquier cosa. Los robots están apelando a los procesadores en ambos casos por esas razones ".
Los robots colaborativos (cobots) también abordan la seguridad de los trabajadores y la brecha de habilidades a medida que se vuelven más populares y atractivos para los usuarios finales.
Robots colaborativos pueden trabajar cerca a los humanos, si se considera que estarán seguros luego del análisis de evaluación de riesgos.
"Los robots colaborativos no son solo para reemplazar a los humanos en la planta, muchas veces se usan para reemplazar dispositivos mecanizados que tienen mucha más fuerza y velocidad, lo que requirió la construcción de equipos a su alrededor y evitó que las personas trabajaran cerca”, dice Stuart Shepherd, director regional de ventas de Universal Robots, un fabricante de brazos robóticos colaborativos.
La adopción de cobots continúa incluso cuando surgen preguntas
En los últimos cinco años, los robots de colaboración se han unido a la cartera de robots industriales. Los cobots están equipados con detección adicional, lo que les permite identificar rápidamente objetos extraños y detener el movimiento de inmediato, evitando lesiones al trabajador. Debido a que pueden operar sin una celda de trabajo, cercas o cortinas de luz, se minimiza la huella del robot y se reduce el costo del equipo auxiliar.
"Con los robots tradicionales, los costos de capital para los propios robots representan solo del 25 al 30 por ciento de los costos totales del sistema", dice Shepherd. “Los costos restantes están asociados con la programación, configuración y células de trabajo dedicadas y protegidas de robots. La experiencia fuera de la caja con un robot colaborativo suele ser de menos de una hora. Ese es el tiempo que toma desempacar el robot, montarlo y programar la primera tarea simple ".
Si bien los Cobots son populares porque pueden funcionar de manera segura junto con los humanos sin equipos de jaula adicionales, los fabricantes de equipo original y los usuarios finales han aprendido que puede no ser el caso para todas las aplicaciones.
"Los usuarios finales y los fabricantes de máquinas quieren ver robots de rango libre sin cercos", dice Dean Elkins, líder de segmento de manejo de materiales en Yaskawa Motoman. "Y mi respuesta a eso es: por favor, muéstreme su evaluación de riesgos", agrega.
Debido a que todavía existen peligros y riesgos de seguridad asociados con los robots colaborativos, Elkins dice que Yaskawa Motoman ha intentado desarrollar un robot colaborativo intrínsecamente más seguro con una tecnología de detección más completa. Sus robots utilizan 12 sensores, dos por grado de libertad, lo que permite que el robot sienta las fuerzas opuestas de manera más inmediata.
Pero aún así, dependiendo de la aplicación y de las herramientas finales utilizadas en el brazo del robot, los robots colaborativos pueden ser tan peligrosos como otros robots industriales de alta velocidad.
"Todo el mundo dice que los robots colaborativos son ´seguros´ y que pueden ahorrar mucho espacio y dinero por lo cual no tienen que poner jaulas a su alrededor", dice Rick Brookshire, gerente de productos del grupo en Epson Robotics. “La historia suena genial, pero la realidad es que la mayoría de los usuarios finales tienen que ponerse a salvo de todos modos porque después de agregarles las herramientas, el sistema total de robots ya no es seguro. Los robots colaborativos son más lentos por naturaleza, por lo que si se va a tener que agregar protección, es mejor colocar una jaula de todos modos. Le irá mejor con un robot industrial que proporciona más velocidad y precisión", añade.
Stuart Shepherd de Universal Robots está de acuerdo en que la evaluación del riesgo es imperativa, pero agrega que la gran mayoría de los cobots UR operados trabajan sin protección de seguridad. "Si tu cobot está equipado con una antorcha u otro efector potencialmente peligroso, obviamente necesita protegerlo", dice. “Pero si tiene una celda donde desea que el cobot funcione más rápido de lo que permite una evaluación de riesgos, puede agregar varias precauciones de seguridad adicionales; una zona de seguridad activada por un escáner de área que hace que el robot disminuya la velocidad una vez que una persona ingresa al área de trabajo es una solución popular", agrega.
Debido a que los robots colaborativos se anuncian con frecuencia como robots seguros que pueden funcionar junto a los humanos, muchos usuarios finales sin experiencia previa en robots pueden tener expectativas poco realistas de las capacidades de un cobot, según el supervisor de ingeniería robótica de Omron, Mark Noschang. Pero al igual que con cualquier otra tecnología nueva, es fundamental que los usuarios finales sean educados sobre cómo operar adecuadamente y aprovechar al máximo su equipo. Y está en el fabricante de la máquina dejarlos entrar en las especificaciones, agrega Noschang.
"Ha habido empresas que han adoptado cobots porque quieren un robot que pueda trabajar junto a las personas", dice Noschang. "Pero no se dan cuenta de que el sistema debe ser calificado como seguro por personal de seguridad calificado. El robot en sí no es seguro ni inseguro, pero se trata de la aplicación que lo considera seguro o no", asegura.
Para ayudarles a sus socios fabricantes de máquinas a educar a sus clientes finales sobre la seguridad de los robots, Omron tiene un grupo dedicado a evaluar la seguridad de las células robóticas y hacer recomendaciones para las células que no cumplan con las pautas de seguridad.
Otra duda común que se percibe entre los fabricantes de máquinas es que los cobots no pueden manejar altas velocidades. Si bien en parte es cierto, cada cobot es diferente, y ciertamente se puede personalizar durante el proceso de programación.
"Nuestros robots se pueden utilizar como un híbrido", dice Elkins. “Los constructores pueden combinar las características de limitación de la fuerza de potencia del cobot cuando se mueve más lento y los aspectos de movimiento más rápido del modo industrial donde se mueve más rápido, lo que significa que puede obtener un mayor rendimiento agregado porque no siempre está limitado a las velocidades más lentas”, asegura.
Debido a la avanzada tecnología de detección que utilizan los cobots para reconocer a los humanos en su espacio de trabajo, la velocidad se puede ajustar para adaptarse a un nivel más alto cuando los trabajadores no están cerca, y luego disminuir la velocidad cuando vuelven a ingresar al espacio de trabajo del cobot.
Programar una reacción tan intuitiva puede parecer otro obstáculo para la adopción de robots, pero los días de programación se están convirtiendo rápidamente en algo del pasado.
Momentos de enseñanza
Se sabe que muchos robots industriales requieren una programación extensa para personalizar el robot para su aplicación. Los fabricantes originales de equipos y los usuarios finales han luchado por encontrar programadores familiarizados con los lenguajes robóticos, que luego requieren que los fabricantes implementen un programa de capacitación integral para respaldar la programación y el funcionamiento de los robots. Sin embargo, los proveedores de robots han logrado avances significativos para mejorar la interfaz del usuario y la facilidad de programación, lo que afecta el costo general.
Durante el PACK EXPO International, Universal Robots puso su consola de programación en tablet –con su paquete de software Polyscope— en manos de los asistentes, lo que les dio la oportunidad de usar y operar un cobot UR. La programación intuitiva se realiza directamente a través de la tableta, el usuario también puede "enseñar" al cobot agarrando físicamente el brazo del robot y moviéndolo a través de la trayectoria deseada. Según Shepherd, este enfoque les permite a las personas sin conocimientos previos en programación poner en marcha rápidamente a los cobots, agrega.
"Si puedes usar un teléfono celular, puedes usar un robot", explica. "Durante la feria, tuvimos personas que se sentaron y programaron el robot en menos de 15 minutos".
Para acelerar aún más la integración de cobot, la compañía también lanzó la Academia UR, nueve módulos de capacitación en línea que tienen más de 30,000 usuarios activos de más de 130 países. "Somos el único proveedor de robots que ofrece capacitación en robótica de este calibre de forma gratuita", dice Shepherd. "Pero estamos enfrentando una brecha de habilidades en la industria manufacturera que debemos superar por todos los medios posibles. Facilitar la creación de conocimiento y el acceso a nuestros cobots es un paso importante en esa dirección", señala.
Uno de los muchos aspectos de la programación robótica tiene que ver con la fuerza con la que un robot recoge y coloca objetos. El enfoque tradicional para programar la fuerza de un robot es usar la repetibilidad mecánica, pero puede ser costoso, dice Samuel Bouchard, CEO de Robotiq, una compañía que fabrica pinzas de robots flexibles, sensores, sistemas de visión y software de programación para Universal Robots.
"Como seres humanos, usamos mucho nuestro sentido del tacto", dice Bouchard. “Sin siquiera mirar, agarramos objetos cotidianos y sabemos exactamente dónde están y cómo debemos recogerlos. Quería llevar ese elemento del toque humano a la programación de robots", añade.
Y el software Force Copilot de Robotiq hace precisamente eso programando a los robots para que utilicen su sentido del tacto y se adapten en consecuencia al colocar objetos en cajas y otras formas de embalaje.
Epson Robotics también creó un programa de software similar para las aplicaciones de guía de fuerza llamado Guía de fuerza, que ayuda a los constructores a lograr una mejor precisión con los robots estándar de lo que antes era posible.
"Hemos tenido constructores que nos han dicho que querían tolerancias de 15 micrones en el ensamblaje de un producto", dice Brookshire. "Conectamos la Guía de la Fuerza al lazo de servocontrol para que podamos movernos utilizando los incrementos de movimiento más pequeños, y al hacerlo, podemos llegar a la ubicación y orientación necesarias para las aplicaciones de alta precisión", señala.
Si bien es posible que los fabricantes de equipos originales para envasado y procesamiento no necesiten cumplir con tolerancias de colocación de 15 micrones, estos programas significan una programación reducida y más precisión.
En otro esfuerzo por reducir el tiempo de programación y simplificar la tarea de un robot, Yaskawa Motoman creó el Smart Pendant. Esta plataforma de enseñanza tiene una pantalla táctil interactiva similar a una tableta, que les permite a los usuarios fluir a través de la programación de robots de forma ergonómica. Los usuarios no necesitan conocer un lenguaje de programación de alto nivel ya que el Smart Pendant habla en inglés. Smart Pendant también elimina la "regla de la mano derecha", que se utiliza para indicar el origen del robot y en qué dirección puede ir. Una de las características patentadas del dispositivo llamada Smart Frame también les permite a los programadores mover el robot con cuatro flechas simples y se calibra automáticamente en la posición del programador en relación con el robot.
"Cuando se trata de una fuerza laboral que puede no tener conocimientos o habilidades de la industria, todos nos preocupamos por la facilidad de uso, especialmente cuando se trata de programación", dice Elkins.
La facilidad de uso se traduce también en una guía de visión, dice Elkins, y señala que Yaskawa ha simplificado la visión artificial en respuesta a las demandas de los fabricantes de maquinaria. Yaskawa ofrece una interfaz de visión simple y fácil de usar, junto con sus programas de software y hardware Motosight 2D y 3D. "A medida que las tendencias emergentes de la industria aparecen como el comercio electrónico, hemos aprendido que los fabricantes de máquinas necesitan soluciones altamente flexibles, especialmente cuando se trata de robótica guiada por visión", agrega.
Del mismo modo, FANUC America demostró recientemente su última guía de visión en 2D y 3D a través de iRVision en PACK EXPO International. El hardware y software integrado de iRVision es fácil de usar y permite una mayor flexibilidad de proceso. De acuerdo con Garrett de FANUC, el resultado final es un costo del sistema más bajo para el usuario final, ya que los productos no tienen que ubicarse de manera precisa en accesorios costosos, según Garrett de FANUC.
El sistema de FANUC 3D iRVision permite que el robot de manera aleatoria recoja objetos de una canasta.
El control singular acelera el tiempo de comercialización
En el extremo opuesto de la robótica guiada por visión, algunos fabricantes de equipos originales están adoptando un enfoque diferente. Los sistemas robóticos utilizan la visión para confirmar la posición de los productos entrantes, pero F.R. Drake está utilizando su propio sistema de clasificación para transmitir esa información directamente a su nuevo robot sanitario, que utiliza un PLC singular para controlar todo el sistema, en lugar de que el robot tenga sus propios controles independientes.
"Nuestro equipo lo ha logrado, por lo que solo podemos usar un PLC para el robot y todo lo demás que se alimenta de él, trabajando en conjunto con el robot en lugar de comprar un paquete de robot que tiene sus propios componentes electrónicos, y luego agregamos nuestra electrónica para alimentar a ese robot, dice Ivy. "El robot puede comenzar a posicionarse porque sabemos dónde está el producto, no tenemos que usar un sistema de visión para encontrarlo", agrega.
Otra demanda robótica que los proveedores han escuchado de los fabricantes de equipos originales es la necesidad de un controlador singular para adaptarse a diferentes lenguajes de programación de robots. La respuesta de Yaskawa es su MLX300, un tipo de control singular de pantalla de programación que permite a los usuarios que pueden estar más familiarizados con el lenguaje de PLC, en lugar del lenguaje de robot, para programar robots Yaskawa en el idioma que conocen.
"Somos más agnósticos del lenguaje de esa manera", dice Elkins. “También hemos sido un gran defensor del control singular para programar cualquier número de dispositivos para nuestros robots utilizando el mismo software, códigos y bloques de funciones. En el mundo de los fabricantes de equipos originales, eso simplifica la programación. Puede tener todos los dispositivos ascendentes programados en el mismo entorno con el mismo procesador con el que está programando el robot. Al final del día, acelera su tiempo de comercialización”, asegura.
Según Jeff Bigger, presidente de Massman Automation Designs, LLC., Villard-MN., la fuerza laboral debería estar entusiasmada con la robótica, ya que brindará a los trabajadores oportunidades y desafíos más creativos. Sin embargo, también reconoce que la robótica hace que su fuerza de trabajo, independientemente de su edad, sea cautelosa.
"Los robots no están aquí para reemplazar su trabajo, están aquí para complementarlo y también brindan más oportunidades para los empleados", dice Bigger. "La fuerza laboral entrante y actual necesita alejarse de la mentalidad de ser reemplazada y pasar a una mentalidad en la que reconocen que los robots promoverán un espacio creativo y de colaboración para los millennials, y nuevas oportunidades para la fuerza laboral existente", concluye.
El robot sanitario de F.R. Drake fue desarrollado para responder a las necesidades de robots diseñados higiénicamente para la industria de procesamiento de alimentos.
Robots colaborativos pueden trabajar cerca a los humanos, si se considera que estarán seguros luego del análisis de evaluación de riesgos.
