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Automatización en la producción de estufas 4.0: Gemelo digital para el robot de soldadura
Soldar estufas de forma automatizada y al mismo tiempo cubrir una amplia cartera de productos, este es el objetivo de HASE Kaminofenbau GmbH de Tréveris. Este innovador fabricante de estufas del suroeste de Alemania lanza al mercado uno o dos modelos nuevos al año. Gracias a la óptima interacción entre el gemelo digital y los robots de soldadura de KUKA, HASE puede ahora satisfacer fácilmente la creciente demanda.
La automatización garantiza confort: Las estufas modernas son tendencia
Calor acogedor, leña crepitante, fuego resplandeciente: Para cada vez más gente, una estufa de leña encarna la máxima comodidad y no puede faltar en la sala de estar. Por eso, también aumenta la demanda para el fabricante de estufas HASE en Tréveris. Actualmente, esta empresa familiar fundada en 1979 produce hasta 15.000 estufas al año, y lo hace más rápida y eficientemente que antes gracias a la automatización. Lo más destacado: HASE fabrica todas sus estufas de leña al 100 % en su sede de Renania-Palatinado, donde trabajan unas 200 personas. Además del sello «Made in Germany», este especialista en estufas apuesta por soluciones técnicas innovadoras: ya sea con modelos nuevos cada año, el software inteligente iQ para una combustión limpia o la automatización de la producción mediante robots, lo que permite procesos más eficientes. Aquí, la interfaz entre las máquinas físicas y las aplicaciones digitales desempeña un papel crucial.
Dado que cada vez hay menos especialistas en soldadura, solo pudimos beneficiarnos del mercado en auge mediante la automatización de nuestra producción.
Producción automatizada para responder a la alta demanda
La creciente demanda de estufas modernas y limpias presentó varios retos a esta empresa de fabricación regional. «Una estufa tiene decenas de cordones de soldadura, y soldarlos todos a mano lleva muchísimo tiempo», explica Florian Fischer, jefe de desarrollo de productos de HASE. «Como también escasean los soldadores especializados y nuestras instalaciones estaban envejeciendo, solo pudimos responder al auge del mercado mediante la automatización». Al encargarse los robots del exigente trabajo de soldadura de la estructura básica, también debido a las altas temperaturas, los empleados pueden concentrarse en su oficio. Un ejemplo de ello es la soldadura de las puertas del compartimento de combustión, donde la zona de trabajo es demasiado estrecha para un robot de soldadura.
Automatización flexible en la práctica: Construcción de estufas en HASE con robots de KUKA
Gracias a la óptima interacción entre el gemelo digital y los robots de soldadura de KUKA, HASE puede ahora satisfacer fácilmente la creciente demanda.
Gemelo digital como núcleo del sistema de soldadura
El objetivo de la fábrica estaba claro: Utilizar robots de soldadura para aumentar la productividad, garantizar la calidad y, al mismo tiempo, aliviar la carga de los empleados. Pero HASE no sería HASE si este fabricante innovador de estufas no pensara también en el futuro: «Queríamos construir una instalación robótica de última generación y alta flexibilidad capaz de trabajar también con modelos futuros que aún ni existen, sin que nuestros diseñadores tengan que limitarse ni que la producción se detenga», explica Fischer. «Por eso, el gemelo digital también desempeña un papel crucial».
En la empresa HASE Kaminofenbau, en Tréveris, la artesanía tradicional se une a la automatización innovadora.
Dado que HASE lleva 20 años confiando en el rendimiento de los robots KUKA, el proveedor líder de tecnología robótica inteligente también fue elegido para el último proyecto. Lo que resultó especialmente atractivo de la cooperación no fue sólo la posibilidad de utilizar hardware de KUKA en forma de dos KUKA KR CYBERTECH nano ARC HW, la unidad lineal KUKA KL250-3 y el posicionador. Fue la interacción con el software KUKA.Sim y el Digital Twin lo que cambió el juego para HASE. El software de simulación da vida a las aplicaciones de los robots de forma virtual antes de la puesta en servicio de la instalación. Las secuencias de movimiento del robot programadas fuera de línea se mapean en tiempo real y se analizan y optimizan con respecto a sus tiempos de ciclo. KUKA.Sim ArcWelding AddOn también simula las aplicaciones de soldadura automática. Por ejemplo, puede definir las posiciones de aproximación o la alineación óptima de los robots para el proceso de soldadura.
Programar modelos de estufas offline más rápidamente
«Simulamos por completo, de forma aislada del sistema real, todas las secuencias de soldadura y movimientos de nuestros dos robots en la unidad lineal utilizando KUKA.Sim», explica Martin Altmeier, programador de HASE. «Offline podemos programar un modelo de estufa en dos horas con la ayuda del gemelo digital. Si lo hiciéramos online, tendríamos que detener una instalación durante dos semanas. Eso demuestra: Sin la programación offline mediante el software de simulación, nuestra producción y el desarrollo de nuevos modelos no serían tan rápidos ni tan sencillos.»
En el riel lineal, los dos robots de soldadura KR CYBERTECH nano ARC sueldan las uniones de los componentes.
Incluso las ideas iniciales de los diseñadores para nuevos modelos de estufas pueden compararse con la realidad desde una fase muy temprana del prototipo utilizando KUKA.Sim. Gracias al gemelo digital, HASE puede simular los procesos de soldadura de forma idéntica y los diseñadores obtienen una reproducción exacta del futuro proceso de producción. De esta forma, HASE puede probar los ciclos de soldadura para nuevos modelos y, basándose en ellos, generar el programa de soldadura correspondiente para la célula robótica.
La automatización se une a la flexibilidad
Una vez finalizado el programa para un modelo de estufa, los robots pueden comenzar directamente. El operario coloca la estufa en la instalación con ayuda de un dispositivo de elevación, inicia el programa, y el posicionador mueve el cuerpo base preensamblado —que pesa entre 20 y 100 kilos, dependiendo del modelo— a la posición deseada. Sobre el riel lineal, los dos robots de soldaduraKR CYBERTECH nano ARC, conectados a dos fuentes de energía Fronius TPS 500i, sueldanautomáticamente las uniones de los componentes en el orden predefinido. «En la simulación, determinamos con precisión qué robot realiza cada soldadura y en qué momento», explica el programador Altmeier, «para evitar retrasos, asegurar la estanqueidad de las uniones y lograr el mejor tiempo de ciclo posible».
Gracias al gemelo digital, los diseñadores obtienen ya en la fase de prototipo una réplica exacta del proceso de producción.
El riesgo de fallo se reduce al mínimo
Otra ventaja: mediante distintos niveles de usuario con roles definidos, como el del operario, HASE ha reducido casi a cero el riesgo de errores por mal uso. Además, todos los programas actuales están respaldados en el software de KUKA, por lo que incluso si ocurre un error, todos los datos pueden recuperarse de inmediato. «Queríamos conectar de forma óptima el mundo virtual con el real», así es como Bernd von der Bank, de la empresa colaboradora de sistemas KUKA, Paul von der Bank GmbH, resume su visión del proyecto. «Da igual si modifico algo en la instalación o en la simulación, porque en ambos sistemas sucede lo mismo. Que el mundo online y el mundo real funcionen tan bien juntos es algo único en el mercado.»
Los expertos en estufas de HASE, los especialistas en automatización de KUKA y la empresa Paul von der Bank GmbH como socio de sistemas trabajaron mano a mano.
Las aplicaciones de KUKA ofrecen un control coherente tanto en el entorno virtual como en el real.
Hasta lograr una colaboración óptima entre KUKA.Sim y los robots de soldadura, HASE, el integrador Paul von der Bank GmbH y el servicio de atención al cliente de KUKA trabajaron conjuntamente para seguir desarrollando el software y programar una solución a medida. La experiencia de HASE fue especialmente decisiva para el éxito del resultado final. «El reto en la soldadura por corriente es que el mundo virtual no tiene tolerancias», afirma von der Bank. «En cambio, la técnica real de unión sí, y no precisamente pocas».
La solución de automatización personalizada para HASE permite la fabricación de una amplia variedad de modelos de estufas.
Arquitectura modular del software permite adaptarse a los deseos del cliente
Para que la simulación de las soldaduras y los parámetros de soldadura se ajustaran de forma óptima a la unidad de control del robot y que el «esfuerzo posterior de programación manual» fuera lo más bajo posible, todas las personas involucradas modificaron conjuntamente KUKA.Sim de acuerdo con las necesidades de HASE. ¡La arquitectura de producto modular del software lo hace posible! Una ventaja importante: Los datos son 100 % consistentes para que la unidad de control virtual y la real trabajen con exactamente los mismos datos. De este modo, KUKA.Sim crea la base para una puesta en servicio virtual.
Gracias a su arquitectura modular, el software se adaptó exactamente a los requerimientos de HASE.
Aumento de la productividad gracias a un sistema robotizado de alta gama
Gracias a la excelente interacción entre el gemelo digital y los robots, HASE fue capaz de reducir el tiempo de soldadura por estufa de 45 minutos a 15 minutos. Gracias a la experiencia positiva con el sistema, HASE ha construido desde entonces una segunda que es completamente idéntica a la primera. Esto minimiza la carga de trabajo para la programación y el control. ¡Los dos nuevos sistemas sustituyen a los cinco anteriores: una inmensa ganancia de espacio para la producción!
Preciso y eficiente: Gracias a la excelente interacción entre el gemelo digital y los robots, el tiempo de soldadura por estufa se redujo de 45 minutos a 15 minutos.
Offline, podemos programar un programa de estufa en dos horas con la ayuda del gemelo digital; si lo hiciéramos online, tendríamos que detener una instalación durante dos semanas.
El fabricante de estufas podría producir ahora hasta 25 000 estufas al año, mientras que antes un máximo de 15 000. «Para nosotros, los dos sistemas robotizados de gama alta son la mayor innovación en soldadura que hemos tenido nunca», resume Fischer. «Lo más difícil de la automatización es encontrar la forma de abarcar una amplia cartera de productos al mismo tiempo. Hemos resuelto con éxito este reto junto con KUKA y Paul von der Bank GmbH». El secreto del éxito del proyecto reside también en el trabajo conjunto: KUKA ofreció a HASE un paquete completo y desarrolló una solución a medida junto con el cliente y el socio del sistema in situ.
La automatización como oportunidad
Ante la creciente escasez de mano de obra cualificada, los empleados de HASE tampoco ven la solución de automatización como una amenaza para sus puestos de trabajo, sino más bien un medio de garantizar la existencia de su empresa. HASE quiere seguir apostando de forma coherente por su camino intermedio entre la artesanía tradicional y la automatización innovadora, y ya está trabajando junto con KUKA en conceptos para el biselado y pintado automatizados, así como en la soldadura de conjuntos. Para muchas más estufas modernas y limpias — y aún más calidez crepitante en los salones.
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