En la actualidad, a muchas empresas mexicanas les cuesta encontrar soldadores cualificados y tienen que hacer frente a elevados costos de soldadura que merman sus ingresos, lo que provoca que se rechacen pedidos por no poder hacer frente a la demanda.
Los robots de soldadura industrial pueden ser la clave para resolver estos problemas mediante la automatización de las operaciones de soldadura. A continuación veremos los principales problemas que resuelven los robots de soldadura industrial.
Problemas que pueden resolver los robots de soldadura industrial
- Escasez de mano de obra
Los robots de soldadura industrial pueden ser la solución a la actual escasez de soldadores a la que se enfrenta la industria que ha sido un problema durante mucho tiempo en empresas metalmecánicas mexicanas y que prevé una escasez muy alta soldadores para 2024. Contratar soldadores es difícil debido al envejecimiento de la mano de obra y también es complicado animar a los jóvenes a que se dediquen a la soldadura porque son reacios a un trabajo que ven como monótono, sucio y mal pagado.
La escasez de soldadores no es nada nuevo y se propuso invertir en la formación profesional de soldadores como solución al problema. Esta solución es excelente pero se necesita tiempo para que crezca.
Actualmente, existe una fuerte presión para que los estudiantes inviertan en una educación universitaria, lo que tiende a alejar a los jóvenes de los estudios vocacionales como la soldadura. Por desgracia, veinte años después, el problema de la escasez de soldadores sigue existiendo. Y peor que antes.
- Altos costos de soldadura
Ya sea para destacar entre la competencia o para aumentar la cuenta de resultados, no hay que descuidar los costos de soldadura. Estos son los principales factores de los costos de soldadura que los robots de soldadura industrial pueden abordar:
- Costos de mano de obra: El 85% de los costos de soldadura proceden de la mano de obra. Por tanto, se deben reducir esos costos optimizando el tiempo y el trabajo de los soldadores para que puedan producir más y más rápido.
- Costos de rechazos, retrabajos y desechos: Se deben reducir detectando a tiempo los defectos de soldadura. De lo contrario, los costos pueden aumentar en todas las fases del proceso de soldadura. Por ejemplo, se puede reparar rápidamente una soldadura defectuosa con un gasto mínimo si se detecta a tiempo. Pero una soldadura defectuosa detectada después de pintar puede costar más porque se tendrá que quitar la pintura y devolver la pieza defectuosa a la célula de soldadura para su reparación. Además, en el peor de los casos, una pieza defectuosa puede causar daños personales o materiales que pueden ocasionar costosas demandas contra la empresa.
- Costos de las operaciones posteriores a la soldadura: El esmerilado posterior de las salpicaduras y el exceso de metal de soldadura puede consumir el tiempo de los soldadores y aumentar el plazo de entrega. Con soldaduras más limpias realizadas a la primera, como las que realizan los robots de soldadura industrial se ahorra tiempo y dinero.
- Costos de tareas sin valor añadido: Se debe evitar pagar horas extra racionalizando el proceso de soldadura y reducir los pasos innecesarios que provocan retrasos y más tiempo de soldadura del necesario.
- Aumento de la productividad
El sector de la soldadura es muy competitivo y continuamente aparecen nuevos materiales, procesos y tecnología como los robots de soldadura industrial. Es necesario mejorar la productividad pues una alta productividad se traduce en una mayor rentabilidad.
Se puede mejorar la productividad mejorando la consistencia de las operaciones de soldadura. Debido a las limitaciones humanas, la calidad de la soldadura variará. Incluso el soldador más cualificado puede tener un mal día, cansancio y fatiga. La fatiga puede manifestarse en la rugosidad del cordón de soldadura y aumentar las operaciones posteriores a la soldadura.
- Costos de soldadura y plazos de entrega impredecibles
En cualquier taller de soldadura, es esencial saber calcular los costos y el tiempo de soldadura pues son vitales para los presupuestos de los clientes y los plazos de producción.
El reto es calcular el tiempo, ya que depende de la variable humana que es muy imprevisible. Por mucho margen que se deje en el cálculo, a veces no es suficiente. Pueden producirse retrasos y causar estragos en el plazo de entrega.
A los clientes no les gustan los retrasos ni los plazos de entrega largos. No tener una forma segura de presupuestar los trabajos puede hacer que la empresa pierda contratos o rechace trabajos de soldadura.
Las soluciones de robots de soldadura industrial disponibles para la industria
La automatización es el camino a seguir para resolver estos retos en el sector de la soldadura. Ahora bien, si se habla de automatización de la soldadura, es posible que se piense en robots de soldadura industrial. Sin embargo, aunque parezca una solución muy viable, no todos los robots de soldadura industrial son la mejor solución para todos los fabricantes.
Los primeros robots de soldadura industrial se diseñaron para trabajar en la industria de automoción y maquinaria pesada y se utilizaban para automatizar tareas de soldadura repetitivas y de gran volumen. Estos robots pueden resultar más caros por su instalación rígida y las plantillas que se colocan en una célula de soldadura robotizada. Una práctica justificada porque es peligroso que los humanos se acerquen a ellos. Además, necesitan ingenieros mecánicos expertos para programarlos.
Estos robots de soldadura industrial funcionan bien para producciones de gran volumen. Pero no tanto para los entornos de bajo volumen y alta mezcla de piezas de la mayoría de las operaciones de soldadura pequeñas y flexibles. Pero, si la automatización de la soldadura sigue siendo necesaria, la solución son los robots colaborativos.
Los robots colaborativos o cobots son brazos robóticos diseñados para trabajar con humanos. A diferencia de los robots tradicionales, utilizan tecnologías para trabajar junto a los trabajadores y pueden programarse y reutilizarse fácilmente para realizar múltiples tareas. Encajan bien con las producciones de gran volumen y alta mezcla.
Los cobots de soldadura pueden encargarse de trabajos de soldadura monótonos y repetitivos. Esta mano extra ayuda a aumentar la escasez de soldadores, ya que los soldadores ahora pueden utilizarlos para realizar trabajos más consistentes. Además, el entorno de alta tecnología anima a los jóvenes a incorporarse como soldadores.
Ofrecen consistencia y calidad de soldadura al hacerse cargo de los trabajos monótonos. Esto libera a los soldadores experimentados para otras tareas más críticas y de mayor valor añadido.
La eficacia de los robots colaborativos de soldadura permite a cualquier empresa aceptar más trabajos y reducir el plazo de entrega. La calidad y la velocidad de los trabajos de soldadura son una publicidad que puede ayudar a atraer gente a la empresa.
A diferencia de los tradicionales robots de soldadura industrial, son fáciles de programar, e incluso son accesibles para que soldadores sin conocimientos de programación puedan manejarlos. Por ejemplo, existen robots de soldadura industrial que sólo necesitan una aplicación de teléfono para funcionar y los soldadores actuales pueden manejar y mantenerlo con poca formación.
Retos a la hora de implantar robots de soldadura industrial
Existen importantes barreras de entrada para automatizar el proceso de soldadura con robots de soldadura industrial. Esto ha dado lugar a que estos avances se limiten a sectores muy estrechos y bien definidos del mercado de la soldadura. Mediante el uso de robots industriales no tradicionales, una solución de soldadura robótica colaborativa elimina esas barreras de entrada y aporta las ventajas de la automatización a cualquier taller. No sólo las ventajas que ofrecen los robots de soldadura industrial tradicionales, sino también otras adicionales. La automatización se convierte en una herramienta más para aumentar la productividad individual.
Utilización de los robots de soldadura industrial
Aprovechar las ventajas de una mayor calidad requiere una fijación precisa de las piezas que componen el ensamblaje final. Esto requiere tiempo y dinero. Los talleres mexicanos que reciben pedidos de 5 a 100 piezas no pueden justificar el gasto que supone construir utillaje de alta calidad, y mucho menos automatizar con los procesos de fabricación de las piezas para el ensamblaje. Por eso los vendedores de automatización empiezan con dos preguntas: ¿Cuántas piezas se fabrican actualmente en su taller metalmecánico? ¿Cuál es el tiempo de ciclo por pieza? Esto les ayuda a determinar la utilización de los robots de soldadura industrial tradicionales.
A lo largo de los años, las empresas de automatización han determinado la combinación de un número de piezas/tiempo de ciclo que creará conversiones. Es decir, si hay un gran volumen, se puede demostrar una alta utilización con un gasto de capital mínimo. En el mundo de la automoción, los compradores de automatización determinan ellos mismos la utilización, puesto que ya saben que van a automatizar pero están determinando cuánta automatización comprar. En los grandes fabricantes de piezas la utilización es esencialmente la misma, pero se presenta como un arco en el tiempo o la tasa de deposición. El tiempo de ciclo por pieza puede ser de horas o días, pero el factor determinante es la cantidad de metal que puede depositar al robot de soldadura industrial frente a un humano en un tiempo determinado.
Gran parte de la fabricación de piezas grandes requiere tecnologías adicionales para alcanzar los objetivos de utilización. Si se compara con la repetibilidad de la soldadura manual del pasado, la automatización de piezas grandes produce un producto mucho más repetible. Sin embargo, cuando se comparan con los tamaños de los alambres de soldadura, las juntas de soldadura siguen variando demasiado en el espacio para que el robot de soldadura industrial pueda soldar siempre en el mismo lugar del espacio. La industria ha intensificado el reto con tecnologías punteras durante la soldadura robotizada que añaden complejidad, costo y tiempo a la aplicación de la automatización. El aumento de la complejidad significa programadores dedicados que tienen semanas de formación a un costo elevado, entonces necesitan meses de experiencia en el lugar para aplicar con eficacia y mantener la automatización. La tecnología funciona de maravilla, si se tiene la utilización y el presupuesto para construir el utillaje, comprar el robot de soldadura industrial, añadir las tecnologías adicionales, formar al personal y tener éxito.
Sin embargo, si se tiene un perfil de producción de alta mezcla/bajo volumen y falta utilización para justificar la compra, hay que saber que llevará más tiempo programar la pieza que soldar manualmente y que cualquier robot de soldadura industrial tendrá una capacidad limitada, tanto en el espacio tridimensional como en la capacidad de manipular la pieza en ese espacio. Si se quiere una célula que lo manipule todo, se necesita una célula muy cara y que tenga un gran espacio de trabajo y capacidad de inclinación para girar. El costo de esta soldadura robotizada no incluye el utillaje y para la mayoría de empresas, ese precio está fuera de alcance.
Costo de propiedad de los robots de soldadura industrial
El costo de propiedad no se refiere al costo de mantenimiento y reparación de la automatización, que es realmente bajo si se compara con el mantenimiento de una plantilla eficaz, sino al impacto global en una empresa. Toda implantación de robots de soldadura industrial para la automatización, requiere la creación de un departamento de automatización. Es necesario nombrar a alguien que se encargue de la automatización, que reciba formación, dedique tiempo constante a perfeccionar las habilidades de programación y mantenga la producción en marcha, o bien contratar programadores cualificados con conocimientos de soldadura para que se hagan cargo de la automatización, o establecer un departamento de automatización oficial dotado de ingenieros de programación fuera de línea, ingenieros de control y técnicos especialistas en robots de soldadura industrial. En cada caso, hay un número limitado de personas cualificadas y con conocimientos que pueden aprovechar las ventajas de la automatización para la empresa. El departamento de automatización se convierte en el eje sobre el que orbita la producción.
En muchos casos, especialmente en zonas remotas, la empresa ha cambiado el problema de encontrar soldadores de calidad por el de encontrar programadores de robots de soldadura industrial de calidad. Las empresas se enfrentan al problema de la retención de empleados. Los conocimientos de programación de robots de soldadura industrial no son baratos. Una vez que una empresa forma a alguien dentro de su organización, siempre habrá un competidor que querrá aprovecharse de la inversión de la empresa y llevarse al soldador.
Hasta hace poco no existía una respuesta a la pregunta de cómo una empresa con series pequeñas y capital limitado puede salvar estas barreras y resolver sus problemas laborales al tiempo que obtiene los beneficios mencionados anteriormente. Estas empresas tienen un conjunto diferente de requisitos y requieren un enfoque totalmente nuevo del problema pues se definen por:
Producción de bajo volumen
Si a estas empresas se les hicieran dos preguntas para determinar la utilización, sus respuestas nunca entrarían en las proporciones adecuadas. El número de piezas diferentes sería alto, el número de cada pieza individual sería bajo. Un ejemplo sería un fabricante de cilindros que tiene 200 cilindros de diferentes tamaños que necesitan tapas de extremo soldadas con accesorios en cada uno que varían en ubicación entre lotes. 20 de cada pieza soldada por lote con una frecuencia indeterminada.
Con la automatización tradicional, la mera complejidad de crear cientos de programas, mantener los programas entre lotes y reubicar el programa para la nueva ubicación de los racores es insostenible. Requiere una programación interminable o complejos sensores y software para detectar automáticamente el tamaño del cilindro y la ubicación del accesorio y realizar los ajustes automáticamente. Para una empresa para la que el arco de soldadura equivale a ingresos, un director de planta que observa cómo se programa el robot de soldadura industrial durante más tiempo del que realmente está soldando, es una pérdida de dinero sin retorno de la inversión. Aplicar sensores y software para automatizar la variación es caro, a veces requiere software experimental, pero lo más importante, casi siempre, está limitado a un conjunto de parámetros estrictos. Las cubiertas protectoras de los sensores deben cambiarse con frecuencia, hay que prever condiciones de iluminación especiales, limitaciones de los materiales de base. Se invierte más esfuerzo en comprender cómo funciona el robot de soldadura industrial y en mantenerlo que en soldar las piezas manualmente.
Con los robots de soldadura industrial tradicionales, la mera complejidad de crear cientos de programas, mantenerlos entre lotes y reubicarlos en una nueva ubicación es insostenible.
Los robots de soldadura industrial fáciles de programar y que requieran una formación mínima pueden hacer que la complejidad de producir un pequeño lote de piezas entre en el ámbito de lo posible para el productor de bajo volumen. Cuando los robots de soldadura industrial pueden ser guiados simplemente a través de la trayectoria de soldadura, ya no es necesario comprender el complejo software de soldadura, los sistemas de coordenadas, los joysticks y los comandos de software porque la herramienta puede programarse desde un teléfono o una tableta con una sencilla aplicación. Cuando la formación dura horas y no semanas, el sistema puede ser una herramienta que cada soldador del taller puede utilizar para ser más productivo. Se puede programar una pieza en minutos y ejecutar pequeños lotes de piezas en menos tiempo del que el soldador podría soldarlas a mano. Cuando se combina con sistemas de utillaje modulares, se obtiene una combinación que hace que esto sea una realidad.
Gran variedad de piezas fabricadas al mismo tiempo
La mayoría de las empresas tienen muchos soldadores cualificados fabricando diferentes piezas. Esto presenta un problema con la automatización tradicional, ya que aunque se realiza mucha soldadura robotizada, no toda es igual. Los robots de soldadura industrial de automatización tradicional tendrán una o dos estaciones y sólo se pueden soldar un máximo de dos piezas diferentes a la vez. En un entorno de fabricación en el que es necesario soldar 100 piezas al mismo tiempo en series cortas, soldar sólo dos a la vez no puede cumplir los criterios de utilización. Se dedica más tiempo al cambio de piezas que a la producción real.
Los robots de soldadura industrial colaborativos tienen la capacidad de acercarse al soldador cualificado y desplazarse por el taller donde más se necesitan, convirtiéndose en un multiplicador de la habilidad y la capacidad de producción del soldador, no en un sistema que necesita ser alimentado. Cuando se liberan las limitaciones de una ubicación en el taller y se puede trabajar en cualquier cabina, además de en la del soldador, se convierte en una herramienta y no un sistema fijo. La producción del taller no cambia, se hace más productiva. Esta solución simplemente mejora todos los aspectos de la forma en que se fabrican los productos hoy en día.
Plazos de entrega ajustados
Cuando los robots de soldadura industrial colaborativos pueden implementarse en el mismo plazo de tiempo que el soldador necesita para prepararse para la producción, tienen el potencial de aumentar el rendimiento del soldador individual sin impacto en el plazo de entrega. Junto con el soldador están produciendo la misma pieza al mismo tiempo y pueden aumentar el rendimiento sin espacio adicional, personal o gastos generales lo que puede añadir trabajo adicional con poco o ningún gasto adicional para la empresa.
La producción típica de gran volumen/baja mezcla tiene contratos a largo plazo que se prolongan durante años. Esto permite disponer del tiempo necesario para desarrollar la estrategia de producción, especificar y comprar el equipo, instalarlo y ejecutar un plan de puesta en marcha. La producción de bajo volumen/alta mezcla suele tener un plazo corto entre la recepción del pedido y la entrega. No hay tiempo para especificar y comprar equipos ni para desarrollar y construir utillajes. La fabricación debe comenzar en cuanto se recibe el pedido. La automatización tradicional se queda corta. Incluso si la célula de automatización está in situ, el utillaje de las piezas y la creación del programa suelen ser más largos de lo que permite el plazo.
¿Qué hacen los robots de soldadura industrial colaborativos?
Un robot colaborativo es aquel que puede trabajar codo con codo con las personas, interactuando con ellas de diversas formas para llevar a cabo una tarea determinada. Cuando se combina con una soldadora, un soplete, un sistema modular de herramientas y una mesa/método de fijación a una pieza, se convierte en la herramienta de la que hemos estado hablando. Esta herramienta es libre de moverse por la planta de fabricación, yendo allí donde se necesita. La capacidad de guiar al robot de soldadura industrial a través de su trayectoria hace que la programación compleja y las largas sesiones de formación queden obsoletas.
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