Industrieanzeiger (05/30/2018), Uwe Böttger
Muchos hablan de Industria 4.0 y hacen poco. Heinz Berger Maschinenfabrik, de Wuppertal, se toma el tema muy en serio y ha ganado el Premio de Robótica con una planta en la que 33 robots conectados en red toman sus propias decisiones.
No fue nada difícil poner al teléfono a Andreas Groß, director general de Heinz Berger Maschinenfabrik en Wuppertal. El habitual contacto inicial se convirtió inmediatamente en una charla tecnológica de una hora sobre robots, pinzas, pasta de pulir, ollas y sartenes, y aprendí más y más sobre la enorme planta con 33 robots con la que Heinz Berger ganó el Premio de Robótica de este año. Después de la conversación, me pregunté por qué este hombre estaba disponible para mí. Porque, como resultó durante la llamada telefónica, Andreas Groß no sólo es el director general, sino que desarrolló el sistema como jefe de construcción, y es el fotógrafo jefe de su empresa, que al final fotografía y graba vídeos de los sistemas acabados y todavía relucientes. Y, obviamente, también se ocupa de la prensa especializada.
Pero sobre todo, Andreas Groß es un especialista en robótica hasta la médula. "Heinz Berger Maschinenfabrik tiene apenas sesenta años", dice. "Y en los últimos 20 años, hemos realizado unas 700 integraciones de robots". Cada año, la empresa de Wuppertal instala entre 40 y 70 de los trabajadores del acero. Y cuando un proyecto incluye 33 máquinas, eso es algo realmente importante para los especialistas de la región de Bergisches Land.
Desde que el sistema fue entregado al fabricante de artículos para el hogar WMF en la ciudad suaba de Geislingen, Andreas Groß se ha familiarizado no sólo con los robots, sino también con las ollas y sartenes. Tiene en la cabeza todos los diámetros y las alturas de las camisas habituales, desde el tallo hasta las ollas de carne, sabe el volumen típico de una olla a presión y que las sartenes tienen un diámetro de 280 mm. "Mi mujer se alegra de ello", bromea. "Pero no tenía ni idea de nada de esto antes de construir la planta".
Los nuevos conocimientos sobre los utensilios de cocina llegaron inevitablemente, porque la planta procesa toda la gama de ollas y sartenes de WMF. Por un lado, entran las ollas crudas sin procesar de la prensa de embutición, y por otro lado, cada diez segundos sale un modelo básicamente listo para la venta, perfectamente pulido por dentro y por fuera y con un gran brillo. Lo único que falta son las asas, la tapa y la etiqueta del precio. Todo el proceso es totalmente automático. En el interior de la planta, supervisada por dos empleados, 33 robots conectados en red trabajan en condiciones que apenas se pueden imaginar. "Pulir es ensuciar", resume Groß. "La pasta de pulir sucia se distribuye en las celdas las 24 horas del día". Y, sin embargo, la tecnología tiene que funcionar de forma fiable.
El difícil entorno fue una de las razones por las que el desarrollo del sistema duró unos tres años. "Muchos empleados participaron en el diseño, la preparación de las obras y, posteriormente, en la construcción", dice Groß. "Un ingeniero de procesos estuvo in situ durante casi dos años y acompañó la producción y la formación del personal". El propio Andreas Groß estuvo en Geislingen al menos veinte veces. "Por supuesto, no todo funcionó bien desde el principio, eso es obvio", admite el director general.
Eso también habría sido un milagro. Con 35 x 20 m, el parque de máquinas tiene las dimensiones aproximadas de una pista de balonmano, lo que lo convierte en el mayor proyecto de la empresa de Wuppertal. La planta consta de tres líneas, cada una con once robots que trabajan juntos de forma secuencial. Todos los robots están conectados en red y procesan ollas y sartenes de forma totalmente automática. "Todo el mundo habla hoy de la Industria 4.0 y tiene las soluciones correspondientes en su gama, pero no todas llevan la Industria 4.0 en ellas", sabe Andreas Groß. "Pero con nosotros, son muy específicamente 33 inteligencias en red que se organizan y cada unidad puede tomar decisiones".
Esto es exactamente lo que se entiende por Industria 4.0: inteligencias descentralizadas que procesan las señales de entrada y obtienen consecuencias de ellas. Puede tratarse de un cambio de herramienta, por ejemplo, si la pieza, es decir, la olla o la sartén, cambia. En este caso, el sistema cambia de forma totalmente automática en 2,5 minutos, sin que ningún trabajador de la sala gire ningún tornillo ni pulse ningún botón en ningún sitio. Un conmutador inteligente reconoce la pieza proporcionada, sigue una comprobación de plausibilidad y, a continuación, los 33 robots cambian automáticamente uno tras otro. El sistema se adapta a la nueva pieza, por así decirlo. La fórmula corta podría ser: Nueva olla, nuevo programa. Al mismo tiempo, sin embargo, todas las piezas del sistema siguen siendo procesadas. El mecanizado y el cambio se realizan en paralelo. El sistema muele, pule y reconstruye al mismo tiempo sin interrupción (véase también la entrevista).
Una pieza de chapa así formada, recién salida de la prensa y aún sin procesar, sólo recuerda remotamente a una olla de marca. Incluso un profano en la materia puede ver inmediatamente que aún queda mucho por hacer aquí. Pero llama la atención que once robots se apresuren a la vez en el papel. En la práctica, una olla o sartén pasa por un tren robotizado completo. Las seis primeras máquinas procesan las piezas en el exterior, mientras que los cinco robots restantes están destinados al procesamiento interno. Antes de empezar, el robot debe empaquetar correctamente la olla para su mecanizado. La empresa de Wuppertal ha desarrollado una pinza combinada especial para el mecanizado exterior que, en primer lugar, se autoaspira en el fondo de la olla mediante vacío dentro de la misma y, al mismo tiempo, extiende una herramienta de extensión. "Imagínate que entras en la olla con la mano derecha y luego abres los dedos", dice Andreas Groß, ilustrando el proceso. "Así es más o menos como funciona nuestra pinza". Groß tiene razón al referirse a "nuestra pinza", porque la pieza fue creada en el departamento de diseño de Heinz Berger Maschinenfabrik. Se invirtió casi un año y medio de tiempo de desarrollo.
Una vez que la olla está fijada con la pinza combinada, comienza la primera ronda del mecanizado exterior. Se rectifica las inconfundibles huellas de la embutición profunda en la base de la olla y en las superficies de la camisa. Se trata de las típicas líneas onduladas en la superficie, cuya causa son las irregularidades de la pieza en bruto sobre las que no se puede influir durante el conformado. Todo esto debe ser pulido antes de la siguiente operación. El llamado borde de vertido de la olla también está rectificado para que el usuario no pueda hacerse daño con él y el producto tenga un buen aspecto al final. Todas las operaciones son compartidas por los robots en diferentes procesos y con diferentes herramientas.
El rectificado va seguido del pulido y abrillantado de las superficies exteriores. Mientras que todos los componentes necesarios, como el abrasivo y el aglomerante, ya están presentes en el material de soporte durante el rectificado, el pulido sólo funciona con una pasta de pulido adicional. El propio disco de pulido es guiado por el robot. La pasta contiene grasa y granos abrasivos que garantizan el arranque deseado.
Por lo tanto, Andreas Groß y sus colegas tuvieron que encontrar la manera de hacer llegar la pasta de pulido entre el disco de pulir y la pieza, y siempre en la cantidad y el lugar adecuados. Sobre todo, el lugar adecuado resultó ser un reto durante el desarrollo del sistema, porque un disco de pulido cambia con el tiempo. Al principio tiene un diámetro de 500 mm y cuando se agota después de unas mil ollas, el diámetro se ha reducido a 300 mm. Esto no es insignificante para la aplicación automática de la pasta de pulido.
Por ello, la empresa de Wuppertal instaló sobre el disco la llamada pistola de pulido de alta presión, que dispara entre 2 y 6 mm³ de pasta entre la olla y el disco de pulido a una presión de 15 bares. Esto tiene lugar a intervalos regulares, que pueden programarse. Sin embargo, el arma debe disparar en el lugar correcto y dar en el blanco con precisión. Dado que el disco de pulir se encoge durante su uso, también es un objetivo en movimiento. En el ejemplo, el radio del disco se acorta en 100 mm. Dado que la pasta de pulir siempre debe dar en el blanco exactamente entre la pieza y la herramienta, esta distancia de recorrido se compensa con un ángulo de lanzamiento variable. Los robots también se encargan de ello. Cambian el ángulo en el que el arma dispara la pasta.
Una olla o sartén viaja en el tren fantasma durante unos 30 segundos
Para Andreas Groß, se trata de "una tecnología totalmente nueva y asombrosa" que, por lo que él sabe, nunca se había visto antes. El ajuste controlado por robot de la pistola de pasta de pulir no sólo es único, sino también económico. "Nuestra solución cuesta menos de 10.000 euros, y con 33 robots, la diferencia es enorme si este detalle acaba costando 10.000 euros o el doble", señala acertadamente Groß. Bien provistos del disco de pulido adecuado y de suficiente pasta de pulir en el lugar correcto, los robots se ponen a trabajar y dan a la batería de cocina su superficie final y brillante.
Los cinco robots restantes están asignados al procesamiento interno de las ollas y sartenes. Aquí se repiten los pasos de procesamiento, desde el lijado hasta el pulido y el bruñido. También para esta operación existe una pinza especial de desarrollo propio que sujeta la olla en el fondo con un vacío. La batería de cocina viaja en este tren fantasma durante unos 30 segundos. Y como hay tres de estas líneas, la planta escupe un producto terminado cada 10 segundos. Como todo lo demás en la planta, el cambio de herramientas es totalmente automático. Es obvio que se necesita un disco de pulido diferente para una cacerola pequeña con una altura de carcasa de 70 mm que para una olla de alta presión de 300 mm. Los discos de pulido no sólo se diferencian por su diámetro, sino también por su peso. Mientras que el modelo estrecho pesa unos 25 kg, el disco ancho pesa 80 kg. También hay que cambiar las herramientas de rectificado con las que el robot procesa las diferentes regiones de las piezas.
Los discos de pulir nunca son completamente redondos, es decir, vibran durante el mecanizado. Por eso, la herramienta tiene que ser presionada contra la pieza con una presión considerable. "Si mantienes el disco delante como una chica, puedes pulir hasta el día del juicio final y no llegar a ninguna parte", sabe Groß. Por eso, dice, la planta está equipada con "robots de alta resistencia" que aplican una presión de contacto de entre 50 y 80 kg. En este caso concreto, se trata de los modelos KR 180 del fabricante Kuka, que están diseñados para una carga útil máxima de 180 kg.
Los robots no sólo son fuertes, sino que cambian automáticamente y se encargan de ajustar la pistola de pulido. También involucran a sus colegas de carne y hueso. De este modo, los robots saben siempre cuánto personal hay en la sala. Normalmente, dos trabajadores se encargan de la planta. Su trabajo incluye proporcionar los discos de pulido, que luego son recogidos por los robots. Cada robot sabe cuánto durará su suministro de herramientas, pero al mismo tiempo conoce los suministros de los otros modelos. Y como todos los robots están conectados en red y se comunican entre sí, pueden coordinar su almacenamiento y evitar conflictos.
Ejemplo: Como el robot número 13 puede prever que su suministro de discos de pulir se agotará al mismo tiempo que el del robot 17, envía a un trabajador al almacén dos horas antes para que se abastezca por precaución. Esto optimiza la capacidad de la planta y al mismo tiempo evita el escenario más temido: una costosa parada. El robot puede ponerse en contacto con el trabajador de varias maneras. Una es a través del teléfono móvil. Además, hay pantallas en la sala en las que se pueden leer las órdenes.
A pesar de todas las condiciones adversas en las que operan los robots, la empresa de Wuppertal ha conseguido garantizar la disponibilidad requerida del 95 % para la planta completa. Esto significa que cada robot debe funcionar con una fiabilidad del 99 %. "Y por último, pero no menos importante, los husillos de los discos de pulido también tienen que trabajar en toda esa suciedad, y tienen que hacerlo durante años", subraya Groß. Pero los especialistas del Bergisches Land también tuvieron este problema bajo control al final.
"La planta se reconstruye constantemente"
Sr. Johann, había muchos obstáculos que superar en el desarrollo de la planta. Sin embargo, ¿Hubo algo así como el mayor desafío? ¿Qué fue lo que más le desafió durante la realización?
Todo el proyecto fue un gran reto, especialmente para nosotros, que somos una empresa mediana que no suele construir plantas tan grandes. La tarea de garantizar que cada robot sepa en el momento adecuado qué bote está en contacto fue, sin duda, especialmente emocionante. Todo el sistema se ajusta entonces a esta olla y cambia automáticamente. La olla determina el programa.
Pero, al mismo tiempo, las ollas que aún están en el sistema se están terminando?
Correcto. El sistema se reajusta constantemente y mecaniza las piezas al mismo tiempo. Mientras un robot está puliendo una olla, el otro está cambiando la herramienta o la pinza para la siguiente olla. El proceso de reequipamiento recorre el sistema como una ola, y eso es lo que resulta tan fascinante. Te pones al lado y ves cómo todo se reconstruye, como si lo controlara un fantasma. Por supuesto, no hay ningún fantasma detrás, sino una sofisticada tecnología de control.
¿Este concepto fue exigido por el cliente?
Tuvimos que proceder así, pues de lo contrario no habríamos podido cumplir el plazo de cambio de producto exigido. No podemos dejar la planta vacía antes de introducir un nuevo producto.
El desarrollo de la planta duró tres años. ¿Tuvo alguna duda durante este largo periodo de que lograría los objetivos que se había propuesto?
Nuestro director general nunca dudó. Nos unimos todos, miramos hacia adelante, dividimos las tareas en paquetes y las distribuimos por toda la empresa. De este modo, al final pudimos gestionar este gran proyecto mediante una cooperación coordinada.
Con la mano en el corazón: ¿Se han quedado en el camino unas especificaciones?
Buena pregunta. El cliente ha presentado un pliego de condiciones muy completo. En el tiempo del que disponíamos, al final pudimos ponerlo todo en práctica. Esto incluía cosas que no conocíamos la solución al principio. En estos tres años, también hemos desarrollado ideas completamente nuevas.
¿Qué, por ejemplo?
El sistema de alimentación de la pasta de pulido. Hemos estado posponiendo esto durante mucho tiempo. El robot toma virtualmente la boquilla de pasta en la mano y la empuja hasta la posición correcta. Y no necesitamos ninguna unidad adicional. Durante mucho tiempo no pudimos imaginar cómo resolver esto y temíamos que fuera un gran problema. Pero entonces llegó la brillante idea.
¿Cuánto tiempo estará en funcionamiento la planta?
Al menos diez, posiblemente veinte años. Tal vez incluso más tiempo. Llevo trabajando en Heinz Berger desde 2005 y todas las plantas que he construido siguen funcionando.
Industria 4.0 en estado puro
A la hora de determinar el ganador del Premio de Robótica 2018, el jurado ha vuelto a demostrar un instinto seguro. Porque lo que el complejo sistema de Heinz Berger Maschinenfabrik era capaz de hacer en realidad apenas podía mostrarse con las limitadas posibilidades de una aplicación. Incluso el vídeo proporcionado sólo podía dar una primera impresión. Durante mi investigación para esta historia, descubrí: ¡Caramba! La solución es la Industria 4.0 en su forma más pura y se ha ganado con razón la medalla de oro.
