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Por qué la automatización es importante para la industria aeroespacial

La industria aeroespacial ha estado en un aprieto desde hace algún tiempo.

Por un lado, la demanda de aeronaves es elevada [1], y seguirá en aumento en los próximos años. La única solución a la vista es la automatización sostenible de sus procesos de fabricación.

Por otra parte, las mejoras que se están realizando en el sector de la automatización han sido incrementales, de modo que la solución del problema no es ni mucho menos inminente. La tecnología es lenta para hacer frente a este problema, lo que plantea las siguientes preguntas: ¿hasta dónde alcanza el objetivo de la automatización?, ¿es realmente la única solución al problema al que se enfrenta la industria aeroespacial?

En este artículo, analizaremos qué es la automatización aeroespacial en la fabricación de ensamblajes, los retos a los que se enfrenta la automatización y qué futuro le depara a la industria aeroespacial.

La automatización y cómo encaja en la industria aeroespacial

La automatización se puede utilizar para aumentar la seguridad, la productividad y el valor del esfuerzo humano. Las herramientas con orientación incorporada, que proporcionan información al usuario y ofrecen un mejor manejo pueden brindar una ventaja competitiva en términos de ahorro de costes, mientras que al mismo tiempo proporcionan un mejor ambiente de trabajo.

En algunos casos, los pasos peligrosos se pueden automatizar por completo para reducir el peligro y mantener los objetivos de producción. En estos casos, la automatización proporciona un sistema de control o un equipo conectado a un programa que le indica que realice una serie de tareas, sin necesidad de intervención humana o con una intervención mínima.

Actualmente, la automatización se utiliza en la industria aeroespacial para apoyar la productividad de los trabajadores y reducir la necesidad de realizar tareas repetitivas, tales como la perforación y el rellenado. Sin embargo, sigue habiendo una necesidad importante de aumentar la automatización, ya que la demanda de nuevas aeronaves sigue superando la oferta de fabricación.

La importancia de la automatización en la industria aeroespacial

La demanda de aeronaves va en aumento y seguirá haciéndolo en los próximos años. Incluso ahora, la tecnología de fabricación en el sector aeroespacial no es lo suficientemente rápida ni rentable como para satisfacer la demanda actual, lo que supone un aumento mucho menor de la demanda. Aunque la automatización ha avanzado, y solo una pequeña parte del proceso de ensamblaje se realiza manualmente, representa una gran parte de las pérdidas en el proceso de fabricación.

Estas pérdidas son pequeñas si se consideran individualmente, pero en un proceso repetitivo en el que las tareas se realizan entre miles y millones de veces suman una cantidad considerable. La precisión es una de las primeras cosas[2] que aborda la automatización.

Al proporcionar mejores herramientas a su personal, aumenta su productividad al tiempo que los mantiene más seguros. Uno de los valores más importantes es la reducción de los niveles de estrés, ya que las herramientas pueden ayudar a reducir los errores proporcionando una mejor información y orientación. 

Como resultado, el personal puede dedicar más tiempo a prestar atención a la calidad. Esto puede reducir las posibles pérdidas en las que se puede incurrir cuando herramientas de mala calidad dan lugar a errores inesperados.

Los errores de producción generan varios costes, incluida la posibilidad de perder el material. 

Disponer de las herramientas adecuadas significa que el proceso de fabricación puede ser más uniforme, a la vez que se mejora el tiempo de producción, se minimizan los desechos y se flexibiliza el proceso.

Este tipo de ventajas se acumulan en el tiempo y permiten a su equipo ser capaz de responder rápidamente a las cambiantes demandas del mercado.

Una ventaja decisiva es que disponer de mejores herramientas puede mejorar la ergonomía, lo que no solo significa más seguridad (y posiblemente tarifas de seguro más bajas), sino también una mayor retención, y en general, una plantilla más comprometida, con más energía y, en última instancia, una menor rotación de personal. 

Estado actual de la automatización en la industria aeroespacial

La automatización en la industria aeroespacial se ha logrado hasta cierto punto, pero no lo suficiente como para reducir la brecha entre la oferta y la demanda.

Incluso la industria automovilística está más avanzada en el camino hacia la automatización total en comparación con la industria aeroespacial, cuando, de hecho, la industria aeroespacial está ampliamente considerada como la primera línea en términos de innovación y tecnología. Lo que es aún más sorprendente es que los procesos de fabricación de ambas industrias tienen importantes similitudes.

En los últimos años, gran parte de las tareas de perforación y rellenado en la producción aeroespacial se han automatizado, aunque utilizando equipos de tipo pórtico a medida[3]. Son máquinas grandes que parecen grúas en lugar de los robots industriales de menor envergadura de la industria automovilística. Esto significa que todavía se encuentran en la fase inicial de un largo viaje hacia un nivel significativo de automatización.

La evolución de la automatización se produce en tres etapas: fija, programable y flexible[4]:

  • En la automatización fija o dura, un conjunto de códigos controla una máquina o un equipo para realizar tareas sencillas, y solo a lo largo de los ejes rotacional y lineal. Se suele diseñar para producir un tipo de producto debido a su falta de flexibilidad. Este tipo de automatización necesita una elevada inversión inicial que solo la producción en masa podría recuperar, por lo que es ideal para la industria automovilística. 

  • En la automatización programable, las máquinas pueden ejecutar muchas tareas cambiando el código o el programa. Sin embargo, se tarda mucho tiempo en reprogramar el sistema y sustituir las piezas mecánicas. Tiene un rendimiento mucho menor que la automatización fija, capaz de producir solo en lotes de docenas a miles. 

La automatización flexible o suave tiene un coste inicial aún mayor en comparación con la automatización fija, pero es, con diferencia, la forma más eficiente de producción. El sistema es capaz de cambiar con solo tocar un botón. Tiene un mayor nivel de codificación, lo que elimina la compleja reprogramación cuando se cambia a un tipo de producto diferente, y la máquina está diseñada para adaptarse a diversas aplicaciones.

Retos a los que se enfrenta la automatización en el sector aeroespacial

Hacer frente a una elevada demanda y no satisfacer la oferta es un problema que algunos sectores preferirían tener, en lugar de no tener ningún comprador en absoluto. De todos modos, sigue siendo un problema. Además, solo empeorará en los próximos años cuando la necesidad de aeronaves aumente y la flota aérea mundial siga envejeciendo. 

Algunas de las dificultades a las que se enfrentan los científicos actualmente son las siguientes:

1. La integración de la perforación en la automatización flexible resulta difícil debido a las fuerzas de reacción y las vibraciones inherentes a las perforadoras actuales. Los componentes de la iteración actual de la automatización flexible no son lo suficientemente fuertes como para soportar las fuerzas de la perforación convencional[5].

2. La perforación orbital es un método más avanzado que puede ser capaz de perforar con fuerzas reducidas y lo suficientemente pequeño como para integrarse en la automatización flexible. Sin embargo, con el uso repetido, la precisión se deteriora debido a la inercia inherente al proceso de perforación.

3. Los materiales utilizados para la robótica siguen siendo muy caros. La mayoría de las piezas robóticas se fabrican con un material compuesto formado por titanio[6] y fibra de carbono, ya que ambos son extremadamente ligeros y duraderos. Los dos también son muy caros debido a la complejidad del proceso mediante el que se extraen y la producción es insuficiente.

Cómo salvar la brecha

Actualmente, los innovadores trabajan duro y han encontrado un pequeño rayo de esperanza para resolver el enigma en el que se encuentra hoy día la industria aeroespacial:

  • El control adaptativo es una forma de abordar la posición estática a la deriva de la perforación orbital. Los parámetros del modelo de control se actualizan continuamente durante el funcionamiento, combinando parámetros fijos con parámetros adaptativos, tales como la expansión térmica. Esta técnica se puede mejorar aún más mediante la adición de parámetros más adaptativos, como la compensación de la holgura.

  • Los rastreadores láser, utilizados en diversas aplicaciones como la alineación de las alas de una aeronave durante el ensamblaje, se pueden adaptar para obtener información posicional en tiempo real. Pueden ayudar a perforar orificios con una precisión de 0,05 mm, pero siguen siendo demasiados caros para cualquier aplicación práctica en la industria aeroespacial.                                                                     

  • También se puede investigar el desarrollo de un actuador para los efectores terminales que dé un tiempo de respuesta más rápido a la información recibida. En combinación con un rastreador láser, podría mejorar notablemente la precisión robótica.

Las mejoras en los procesos de fabricación de piezas y componentes robóticos también podrían ayudar a reducir el coste inicial de un montaje automatizado. Airbus cuenta actualmente con una línea de montaje de fuselaje automatizada que consta de 20 robots, medición de posición por láser y un nuevo sistema digital, pero tiene un retraso de producción de 6000 unidades del modelo A320 y puede justificar el coste de la inversión. 

Mientras tanto, los fabricantes de aviones pueden aumentar su producción utilizando las herramientas aeroespaciales más avanzadas disponibles en el mercado hoy en día. Estas herramientas mejoran enormemente la productividad de los operarios mientras protegen la salud laboral, y son lo más parecido a disponer de una línea de montaje totalmente automatizada:

  • Perforadora eléctrica manual EBB26: esta perforadora de precisión puede solucionar gran parte de los problemas relacionados con la precisión de los orificios. Cuenta con un mecanismo de respuesta incorporado para la corrección de errores, lo que elimina los errores del operario. También cuenta con un gatillo programable y reducción del descentrado para garantizar que cada orificio perforado se realice según lo previsto y planificado.

EBB26-055-P, battery tool

  • Unidad de perforación avanzada PFD 1100: esta perforadora tiene un motor de turbina de alta potencia que permite utilizar la herramienta en todas las etapas de la producción de aeronaves, desde la fabricación de componentes hasta el ensamblaje final. Su diseño modular permite que se pueda configurar fácilmente tanto para perforación vertical como en ángulo recto, y cuenta con una amplia gama de ajustes de velocidad y avance, lo que la hace adaptable a cualquier necesidad de perforación.

PFD1100 with PVC hose application image

¿Qué ayuda puede ofrecerle Atlas Copco?

No se pueden negar las ventajas de la automatización para satisfacer la creciente demanda de aeronaves. Con la automatización flexible aún muy lejos, hay que explorar otras formas de aumentar la productividad. La línea de herramientas aeroespaciales avanzadas de Atlas Copco está diseñada para mejorar las cosas, ya que la promesa de automatización aún no se ha cumplido. 

Mejore su productividad con las herramientas aeroespaciales avanzadas de Atlas Copco. ¿Está preparado para lograr cada vez más?


Referencias:

1.Supply Chain Operations, Market outlook 2017-2037: A glimpse of the future, SATAIR, 9 de enero de 2019

2. Muelaner, Jody, High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing, egnineering.com, 17 de junio de 2019

3. Weber, Austin, Airbus harnesses automation to boost fuselage production, 10 de diciembre de 2019

4. Groover, Mikell, Automation, Edición electrónica de la Enciclopedia Británica, 8 de mayo de 2019

5.  Muelaner, Jody, High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing, egnineering.com, 17 de junio de 2019

6. Betts, Douglas, Industrial Robots, How Products Are Made