Beneficios potenciales de combinar la inteligencia artificial con la robótica
Los fabricantes de alta mezcla de productos evitan los robots para muchas aplicaciones. La razón principal de esto no es el costo de los robots en sí, sino los costos de adaptar el entorno para los robots (ubicar plantillas) y el costo de programarlos.
La inteligencia artificial podría marcar el comienzo de una nueva era de automatización para los fabricantes. Sin embargo, la implementación de la robótica no está en la mente para muchos talleres de trabajo de alta mezcla, principalmente porque la programación consume demasiado tiempo. La robótica de auto-programación podría cambiar el juego dentro del sector manufacturero.
Durante décadas, la historia de la robótica ha sido la misma: se necesitas una gran cantidad de robots para obtener algún beneficio. En muchas áreas, la robótica ha sido un escenario restringido a los fabricantes masivos, mientras que cualquier tienda que produzca una variedad SKU (número de referencia único) de algún producto ha quedado fuera del juego.
Los fabricantes de alta mezcla de productos evitan los robots para muchas aplicaciones. La razón principal de esto no es el costo de los robots en sí, sino los costos de adaptar el entorno para los robots (ubicar plantillas) y el costo de programarlos.
La mayoría de los entornos de alta mezcla de productos cambian constantemente. Los diseños de piso móviles, los objetos que cuelgan de una manera incorrecta en un transportador o cualquier pieza de equipo pueden hacer que un robot programado tradicionalmente esté completamente fuera de los límites. Un robot de $50,000 dólares podría terminar costando $150,000 dólares o más sumando costos de integración para una sola tarea, parte u operación. Si la aplicación requiere cambios complicados de partes o lotes, los costos pueden explotar.
Esto no ha impedido que los fabricantes hagan su trabajo, pero con el desafío de mano de obra calificada en curso, el costo de la robótica tiene que bajar rápidamente, y esto incluye el costo de la programación. La mayoría de los robots están diseñados en seis ejes, y las instrucciones programadas deben tenerlos en cuenta. Esto incluye la posición y las limitaciones mecánicas de cada una de las articulaciones del robot. En la mayoría de los casos, las instrucciones deben ser precisas cada milímetro.
Pero con la inteligencia artificial (IA), la ecuación costo-beneficio de la automatización podría cambiar drásticamente para los fabricantes de alta mezcla de productos. Esto se debe a que algunos robots ahora se están programando efectivamente.
El “¿Qué?” frente al “¿Cómo?”
Supongamos que le pides a un colega que te traiga un café en su camino de regreso de un descanso: “¿Podrías traerme un café cuando regreses?” Eso es suficiente para un humano, pero para un robot, necesitaría instrucciones específicas: “Camina por esta puerta, baja por el pasillo 90 metros, sal por unos minutos, regresa, toma un café en el extremo izquierdo del mostrador, regresa al otro lado del pasillo 90 metros, vuelve a entrar en el área de trabajo y deposita el café en mi mano “. Y si alguien ha movido la máquina de café desde la última vez que la viste, la operación fallará.
En los últimos años, los fabricantes han programado robots en una de tres formas: programación secuencial utilizando una interfaz (o teach pendant), manipulación cinemática y programación fuera de línea. Los avances en las interfaces han intentado hacer que la programación del robot sea más intuitiva. Con la manipulación cinemática, la situación se vuelve un poco más fácil, con el operador colocando físicamente el robot y registrando la posición. A partir de eso, se desarrolla el camino, aunque el programa necesita tener en cuenta la velocidad y las limitaciones mecánicas del robot. La programación y la simulación sin conexión pueden ahorrar tiempo de programación en el taller, pero los operadores pasan tiempo validando, reescribiendo y retocando el programa para tener en cuenta las diferencias entre el mundo simulado y el real.
En todos estos casos, el programador le dice a un robot “cómo” hacer su tarea, como esas instrucciones detalladas para obtener café. La robótica de auto-programación adopta un enfoque fundamentalmente diferente. No necesitan que se les diga cómo hacer algo. En cambio, solo necesitan que se les diga “qué” hacer.
¿Qué es un robot autoprogramable?
Un robot autoprogramable genera un plan para una tarea automáticamente. Percibe el entorno, conoce las limitaciones del proceso en la medida de lo posible, luego ejecuta la tarea sin necesidad de intervención manual.
A diferencia de la automatización industrial convencional, los robots autoprogramables tienen “objetivos” específicos, como una descripción de la tarea como “pintar esta superficie”. La IA considera las especificaciones y limitaciones del robot, como la rapidez con la que se le permite moverse, así como la posición del objeto en el que está trabajando; luego crea un plan válido para cada parte, todo en tiempo real.
De la misma manera que las personas usan sus ojos, los robots de autoprogramables usan la visión 3D para percibir cada aspecto del objeto frente a él, como su forma, tamaño y posición relativa. El robot relaciona toda esta información con la tarea asignada y luego, utilizando algoritmos basados en IA, interpreta la información y descubre la ruta más eficiente para alcanzar el objetivo establecido. Esto puede incluir situaciones en las que el objeto está en movimiento, como piezas de chapa metálica enganchadas en una línea transportadora en movimiento continuo.
Cuando un robot genera su propio programa para una tarea, utiliza información de la visión en 3D, un “gemelo digital” del entorno, para validar cada parte del plan. Este tipo de IA funciona de manera similar a cómo los operadores expertos usan sus ojos y cerebro. Se adapta a los cambios de posición, orientación y la forma del objeto frente a él.
El potencial para los procesos de pintura
Los fabricantes de alta mezcla de productos pueden implementar robots de autoprogramables en una variedad de operaciones. Por ejemplo, estos robots ahora se están utilizando para pintar piezas aeroespaciales.
Los procesos de pintura en general son el camino más rápido al mercado para la robótica de auto-programación. El recubrimiento en polvo, la pintura líquida, el granallado, el chorro de arena, la pulverización térmica y la dispensación de pegamento se aplican principalmente porque los sensores de visión y la precisión del robot se pueden confiar en el ámbito de unos pocos milímetros. Para el recubrimiento en polvo y la pintura líquida en particular, los robots autoprogramables se han puesto en línea primero porque la necesidad de una solución es simplemente muy alta.
Para la pintura industrial y el recubrimiento en polvo, el desafío ha sido triple: ¿cómo se logra una alta tasa de producción de calidad, se limita el costoso reprocesamiento y se protege la salud y la seguridad de los trabajadores? A medida que avanza su turno, los trabajadores no solo se cansan, sino que su agudeza visual y precisión disminuyen y la consistencia de su trabajo se ve afectada. Los costos de trabajo pueden ser significativos, a veces suficientes para que los lotes completos no sean rentables. Si no se siguen las prácticas adecuadas de seguridad y ergonomía, el empleo a largo plazo en algunos entornos industriales de pintura y recubrimiento en polvo puede provocar enfermedades respiratorias, problemas ortopédicos y dolor crónico.
Para los robots de autoprogramables, una vez que se configuran sus sensores de visión, su precisión nunca disminuye por debajo de lo que han sido calibrados mientras reciban mantenimiento periódico, que no es más que el mantenimiento limitado que requieren la mayoría de los robots industriales. Los robots no usan máscaras ni usan sistemas de filtración de aire, y no desarrollan las enfermedades que pueden afectar a tantos trabajadores calificados a largo plazo.
Los sensores actuales pueden superar los desafíos de iluminación y reflectividad, y el robot puede operar a una velocidad de línea alta y con varias partes colocadas en cualquier orientación. Los robots de autoprogramables utilizan la heurística para determinar la cantidad de recubrimiento que rocían y el volumen de cobertura que produce. El objetivo es lograr el acabado más consistente posible con la menor cantidad de producto desperdiciado.
La pintura líquida agrega cierta complejidad adicional. Por ejemplo, si el robot hace una pausa o pasa repetidamente sobre un punto, el sistema debe considerar los riesgos de goteo de pintura, que termina siendo una variable adicional. Sin embargo, una vez que se tiene en cuenta esta variable, un robot puede lograr una alta consistencia, precisión y repetibilidad.
Más allá de las aplicaciones basadas en rociado, no hay límites para lo que pueden hacer los robots de autoprogramables. Solo queda trabajo por hacer. Los sensores, las plantillas y otros componentes deben ser rentables y los fabricantes deben poder implementar estos sistemas robóticos rápidamente.
Por ejemplo, los procesos de contacto como la soldadura, el esmerilado y el pulido requieren una mayor precisión que los procesos de pintura como la pintura o el recubrimiento en polvo. Esto simplemente significa que es necesario diseñar una solución diferente. Aun así, los principios de un robot de autoprogramable permanecen.
IA para fabricación de alta mezcla / bajo volumen
Al poner a funcionar la IA, los fabricantes pueden automatizar muchas de las tareas más repetidas y menos atractivas que aún requieren niveles humanos de percepción, conocimiento y precisión. La pintura y el recubrimiento son solo el primero de muchos ejemplos.
Nadie se beneficia al detener la automatización, pero la automatización por sí misma tampoco será necesariamente rentable. El primer paso es identificar y validar que los trabajos más tediosos, repetitivos y peligrosos de una operación pueden de hecho ser automatizados. Al usar robots en estas situaciones y probar las soluciones, un fabricante puede evolucionar sus esfuerzos de automatización para incluir células y líneas de producción enteras.
A medida que ocurra esta transición, las empresas verán dónde la fuerza laboral existente puede llenar los vacíos, poner en práctica sus propias ideas y ayudar a generar mejores resultados.
Dentro de todo esto, la robótica autoprogramable puede desempeñar un papel fundamental. Este nuevo tipo de automatización ayudará a liberar recursos y permitirá a los fabricantes operar la producción de manera más efectiva, todo sin tener que rediseñar las instalaciones solo para instalar robots en primer lugar.
Acerca de Universal Robots:
Universal Robots se fundó en 2005 para hacer que la tecnología robótica sea accesible para todos mediante el desarrollo de robots industriales pequeños, fáciles de usar, a precios razonables y flexibles con los que sea seguro trabajar. Desde que se lanzó el primer robot colaborativo (cobot) en 2008, la compañía ha experimentado un crecimiento considerable con el cobot fácil de usar que ahora se vende en todo el mundo. La compañía, que forma parte de Teradyne Inc., tiene su sede en Odense, Dinamarca, y tiene filiales y oficinas regionales en los Estados Unidos, Alemania, Francia, España, Italia, República Checa, Polonia, Turquía, China, India, Singapur, Japón, Corea del Sur, Taiwán y México. En 2018, Universal Robots tuvo un ingreso de USD 234 millones.
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