Montaje de superordenadores y pruebas al final de la línea

Cuantas más funciones tiene un automóvil, más potentes deben ser sus unidades de control. La demanda de los denominados superordenadores, que sirven de apoyo a la conducción autónoma, así como a las telecomunicaciones y a la comodidad de conducción, es cada vez mayor, y con ella la necesidad de soluciones de automatización para sus componentes. Por ello, Schnaithmann Maschinenbau GmbH, especialista en automatización, ha programado siete robots KUKA para la producción de superordenadores.

Robots programados de forma inteligente montan superordenadores

El brazo del robot del KR AGILUS agarra con determinación y precisión el componente de plástico que se necesita urgentemente para el llamado High Performance Computer (HPC) u ordenadores de alto rendimiento. Lo coloca en el compartimento correcto del búfer de almacenamiento, donde otro robot lo recoge y lo lleva a la comprobación de componentes. Un total de siete robots KR AGILUS trabajan mano a mano con rapidez y precisión, siguiendo un proceso programado de forma inteligente. Nunca chocan, nunca dejan caer nada y montan y comprueban los superordenadores con el máximo cuidado. Contribuyen a garantizar que sólo se instalan componentes de la mejor calidad en los superordenadores de los vehículos.

Actualmente, los HPC permiten descargar aplicaciones y actualizaciones de seguridad, entre otras cosas; a largo plazo, también serán compatibles con la conducción autónoma. Los ordenadores de alto rendimiento son, por así decirlo, el cerebro del vehículo y deben procesar enormes cantidades de datos y, al mismo tiempo, ser lo suficientemente ligeros y compactos como para caber en los vehículos más pequeños. Se necesitan soluciones de automatización eficientes y flexibles para producir estas unidades de control de alto rendimiento de forma económica.

Los KR AGILUS garantizan una eficiencia sin errores en la automatización del montaje.

Schnaithmann Maschinenbau GmbH, especialista en automatización, y KUKA han colaborado con un proveedor de la industria automovilística en el montaje automatizado y las pruebas al final de la línea (EOL) de piezas. La mediana empresa de automatización de Remshalden (Suabia) está especializada en soluciones de sistemas en las áreas de instalaciones y máquinas especiales para la automatización del montaje y puede programar varios robots de forma que trabajen juntos con confianza y seguridad.

«La automatización modular nos pareció especialmente interesante porque no requiere periféricos rígidos y es extremadamente flexible. Si cambia el diseño o la forma de construcción de un componente, se sustituye la celda correspondiente y se reprograma el robot asignado, y el montaje puede continuar», explica Chris Klöpfer, Technical Sales SL, Schnaithmann.

Máxima garantía de calidad mediante pruebas al final de la línea

Schnaithmann ya ha realizado numerosos proyectos para clientes con robots KUKA. El proveedor de la industria automovilística lleva mucho tiempo trabajando con soluciones de KUKA en distintos emplazamientos y valora al fabricante de robots como un socio fiable e innovador en la automatización del montaje. También para este exigente proyecto eligieron los robots de KUKA. El diseño estilizado del KR AGILUS, sus versátiles posibilidades de aplicación y el acabado de pintura especial ESD+, en combinación con la compacta unidad de control del robot KR C5, fueron algunos de los argumentos convincentes. El visto bueno para esta innovadora automatización en la producción de superordenadores se dio a finales de 2021.

«El cliente quería una solución que ofreciera la máxima flexibilidad y que pudiera adaptarse de forma rápida y rentable cuando cambiaran los componentes», explica Joachim Roess, Global Key Account Manager de KUKA y responsable del proveedor de la industria automovilística. El objetivo era que las pruebas al final de la línea del producto fueran extremadamente fiables. Debido a su relevancia para la seguridad en la conducción, los superordenadores están sujetos a las normas especialmente estrictas de la certificación para tecnología avanzada de conducción autónoma «Advanced Autonomous Driving Technology». Las microfisuras no detectadas en los superordenadores podrían provocar fallos en el sistema avanzado de asistencia al conductor (ADAS). Estas microfisuras pueden descartarse mediante un ensamblaje de alta precisión y totalmente automatizado bajo protección ESD+ y mediante pruebas como las del final de la línea EOL.

Perfección milimétrica del KR AGILUS en el flujo de trabajo chaku-chaku.

Robot en el flujo chaku-chaku

Otras instalaciones comparables suelen utilizar líneas con cintas transportadoras, pero esto significa que las empresas fabricantes están limitadas a determinados tamaños. «Si el producto cambia o la secuencia de pruebas al final de la línea se modifica, aunque sea parcialmente, esto puede dar lugar a costosos cambios de diseño con conceptos de sistema rígidos», afirma Joachim Roess citando un ejemplo. Por ello, Schnaithmann y KUKA propusieron una solución con varios robots independientes que trabajaban según el principio chaku-chaku.

Con el principio chaku-chaku, la pieza a procesar es colocada directamente por el robot en la estación y, una vez procesada, es transportada desde allí a la siguiente estación por el robot, sin necesidad de utilizar medios de transporte adicionales como las cintas transportadoras convencionales. Así pues, los robots mueven las piezas directamente de estación a estación y las procesan allí. Esto requiere, por un lado, menos periféricos y, al mismo tiempo, ofrece más posibilidades para futuros ajustes de la instalación, ya que los robots pueden simplemente trasladarse a otra ubicación y reprogramarse.

Un equipo compenetrado: Los KR AGILUS trabajan mano a mano sin tocarse.

Sin embargo, el principio chaku-chaku requiere que los robots se comuniquen entre sí de forma inteligente y desbloqueen sus respectivos espacios de trabajo. La aplicación clásica de manipulación chaku-chaku permite a los robots, que se sitúan libremente en la sala sobre bastidores y bases, llevar a cabo sus pasos de trabajo en una secuencia predefinida con precisión.

Los robots KUKA, que operan libremente según el principio de chaku-chaku, no necesitan colaboradores humanos.

Con simulación y exhaustivas pruebas EOL para obtener la máxima precisión

La simulación del proceso de producción antes de la puesta en servicio de la instalación mediante el software KUKA.Sim permitió identificar el flujo de trabajo de producción ideal. Este proceso de producción perfecto y económico está relacionado, por un lado, con la duración del ciclo, y por otro, con el aprovechamiento ideal de los robots. De este modo, además de la reducción de componentes de hardware al mínimo y el consiguiente ahorro de espacio, esto va acompañado de la máxima adaptabilidad a los requisitos cambiantes de los componentes.

Ahorro de espacio y automatizado: cada paso de trabajo sigue una secuencia definida con precisión.

De esta manera, la instalación puede adaptarse de forma rápida y sencilla a los ajustes necesarios. Y gracias a las exhaustivas pruebas realizadas en el sistema de ensayo, en particular por las EOL, Schnaithmann, KUKA y el proveedor de la industria automovilística logran conjuntamente el objetivo de que en los ordenadores de alto rendimiento sólo se utilicen elementos de la máxima calidad.

En marcha sin ocupar mucho espacio con el KR AGILUS, el KR C5 micro y la programación inteligente

El equipo de Schnaithmann optó por siete robots KR AGILUS que colaboran en la instalación totalmente automatizada, sin personal humano. Cinco de los robots cargan y descargan los búferes de almacenamiento con componentes, mientras que dos realizan las pruebas al final de la línea propiamente dichas mediante un sistema de visión. El KR AGILUS convence por su estilizado diseño, versatilidad y precisión, así como por su clase de protección IP67 y su clase de sala blanca ISO 4.

Todos los robots KR AGILUS están certificados y cumplen la norma ESD+. Por tanto, cumplen los elevados requisitos de la industria automovilística.

El robot de seis ejes también es ideal para el chaku-chaku porque puede combinarse con el controlador de robot pequeño KR C5 micro, especialmente compacto y de bajo consumo. Resulta impresionante en cualquier posición de montaje; en este caso, se instaló en la bancada del robot. En este caso no se requiere un armario de distribución adicional con cableado rígido e inflexible. El diseño compacto del KR AGILUS en combinación con una de las unidades de control de robot más compactas del mercado es exactamente lo que buscaba el proveedor de la industria del automóvil: máxima flexibilidad en los componentes gracias a la rápida y económica ampliación y adaptación del sistema.

Desafíos superados con pintura especial y el software de sistema KUKA (KSS)

«Los robots KUKA cuentan de serie con la certificación ESD conforme a las normas más recientes», explica Joachim Roess, «pero cuando se trata de la conducción autónoma, los requisitos son mayores que en el sector de la electrónica en general, incluso que en la fabricación de semiconductores». Esto se debe a que incluso una pequeña cantidad de carga eléctrica puede causar microfisuras que no pueden detectarse en la inspección final de la unidad de control, pero que conducen a una reducción de la vida útil del componente. Para evitarlo, el proveedor de la industria del automóvil solicitó un acabado de pintura especial con partículas metálicas disipadoras, no sólo para el robot, sino también para su base y zócalo.

Solicitado, entregado: todos los KR AGILUS de la instalación cumplen ahora la norma ESD+. Esta norma es casi imposible de alcanzar en la producción con empleados humanos: el pelo y la ropa de las personas tienden a cargarse electrostáticamente, lo que significa que se requiere ropa de trabajo especial para cualquiera que entre en contacto con las sensibles piezas electrónicas. El uso de robots también contrarresta la escasez general de mano de obra cualificada. Y es que apenas hay personal disponible para tareas monótonas, repetitivas y exigentes.

El flujo de trabajo chaku-chaku perfecto

Otro reto era programar los robots para que los respectivos espacios de trabajo estén perfectamente coordinados. Los siete KR AGILUS deben ocupar el menor espacio posible en la nave, pero los brazos y las garras no pueden colisionar. «En nuestro sistema operativo KSS, estos espacios de componentes pueden implementarse de forma estándar», informa Roess, «de modo que el sistema de control principal siempre puede determinar cuándo se ha liberado un espacio para el robot A y cuándo para el robot B para evitar de forma fiable una colisión entre los robots».

Este tipo de soluciones de automatización son fácilmente escalables. Se utilizan en la producción de HPC para innovadores coches eléctricos.

Además, es muy práctico: si se añaden robots adicionales a una instalación, éstos también pueden reconfigurarse rápidamente y completar los trabajos mano a mano con los otros KR AGILUS. También es fácil añadir máquinas u otros componentes.

Conclusión y perspectivas: una solución prometedora para el futuro

Preferimos trabajar con KUKA porque la capacidad de suministro ha sido buena incluso en tiempos difíciles.

Chris Klöpfer, ventas técnicas SL, Schnaithmann

El proyecto actual lo ha demostrado una vez más. El cliente, el proveedor internacional de la industria automovilística, también está muy satisfecho de haber encontrado en KUKA un fabricante de robots conformes a la norma ESD en el sector de la electrónica. Joachim Roess desvela que la instalación, que lleva pocos meses en funcionamiento, se va a ampliar. «Ya se está planificando una segunda estación de pruebas, que se podrá implementar de forma rápida y sencilla, ya que este tipo de solución es fácilmente escalable», dice Roess. Los expertos predicen que la demanda de superordenadores para coches eléctricos innovadores seguirá aumentando: soluciones de automatización como ésta ayudan a satisfacer la alta demanda y a producir de forma económica.

Mientras tanto, el proveedor de la industria automovilística colabora con KUKA y los integradores en otras soluciones innovadoras para la movilidad del mañana. Por ejemplo, un proyecto de investigación ha demostrado que el robot móvil KMR iiwa es adecuado para apoyar el equipamiento a alta velocidad de placas de circuitos. Como parte del proceso de empalme, garantiza que los componentes sensibles se coloquen de forma fiable, rápida y precisa en los lugares previstos de la placa de circuito impreso. Un paso más del proveedor internacional de la industria automovilística para hacer aún más eficiente e innovadora su producción y, con ella, la movilidad del mañana.