La Universidad de Colonia desarrolla un demostrador tecnológico compacto con la técnica de transporte de mk
Estudiantes de la TH Köln (Universidad de Ciencias Aplicadas de Colonia) experimentan de cerca la Industria 4.0: un demostrador compacto con robot, técnica de transporte y sistema de cámara enseña procesos de producción complejos de forma interactiva. Gracias a la ayuda de mk Technology Group, conceptos clave, como OEE, se pueden transmitir de forma práctica – ¡Aprendizaje orientado al futuro en un espacio mínimo!
Los requerimientos que deben cumplir los ingenieros están cambiando rápidamente y, con ellos, los del propio aprendizaje. De ahí que la TH Köln ofrezca a sus estudiantes la posibilidad de comprender procesos modernos de producción no solo de forma teórica, sino también de forma práctica con un demostrador de la Industria 4.0. Esto ha sido posible gracias al apoyo de socios industriales comprometidos, como mk Technology Group, que ha puesto a disposición la técnica de transporte a un bajo coste y ha contribuido a la realización con sus conocimientos técnicos.
«Quien no se mueve con los tiempos, se queda atrás», un dicho atemporal que parece aplicarse también a los jóvenes ingenieros. Ya en 2019, la Asociación de Ingenieros Alemanes (VDI) dio la voz de alarma: según una encuesta de la VDI, solo el once por ciento de los estudiantes encuestados dijeron sentirse bien preparados para los desafíos de la industria en red, contra apenas el nueve por ciento de los que iniciaban sus carreras profesionales. Por esa razón, la Asociación de fabricantes de máquinas e instalaciones de Alemania (VDMA) reclama que las universidades vayan a la par del progreso técnico y adapten rápidamente sus planes de estudios. La TH Köln demuestra que ya hoy se están produciendo los cambios deseados.
Yannick Liebertz, Investigador asociado del Laboratorio de Sistemas de Fabricación (LFK) de la Universidad de Colonia
«Para preparar mejor a los estudiantes de maestría en ingeniería mecánica para la Industria 4.0, es decir, para la automatización, la interconexión de IoT y la IA, hemos desarrollado un demostrador con el que se pueden practicar las tecnologías clave.»
«En efecto, la industria informa a menudo de que, si bien los graduados cuentan con una sólida base teórica en el ámbito de la gestión de la producción, todavía existe un potencial de mejora en la aplicación práctica de los procesos de producción interconectados digitalmente», explica Yannick Liebertz, investigador asociado del Laboratorio de Sistemas de Fabricación (LFK) de la TH Köln. «Para preparar mejor a los estudiantes de maestría en ingeniería mecánica para la Industria 4.0, es decir, para la automatización, la interconexión de IoT y la IA, hemos desarrollado un demostrador con el que se pueden practicar las tecnologías clave».
Demostrador de la Industria 4.0 simula un proceso moderno de pick and place
El demostrador es una mesa compacta de 900 mm de ancho y 1200 mm de largo, que puede moverse sobre ruedas de aula a aula. En esta mesa está instalado un proceso circular cerrado como el utilizado en un entorno de producción real. El elemento central es un robot articulado que realiza una tarea de recogida y colocación (pick and place): el robot toma sucesivamente dos discos de 100 mm y 150 mm de diámetro y los apila sobre una cinta transportadora. Aquí comienza el tramo de transporte. Al final de esta cinta transportadora, la pila se transfiere a un segundo tramo de transporte que discurre en ángulo recto. Sobre esta segunda cinta transportadora está montada una cámara, que comprueba la precisión con la que los discos están superpuestos. El sistema informático clasifica luego las pilas en ejemplares buenos y defectuosos. Después de este control de calidad, la pila sigue un segundo desvío de 90 grados en una tercera cinta transportadora, que se dirige al otro lado del robot. En esta cinta, un rascador vuelve a separar los discos. Al final del tramo de transporte, el robot puede recoger de nuevo los discos separados. El proceso comienza de nuevo.
No sólo se enseña teóricamente, sino que se experimenta en la práctica
El nuevo demostrador de la TH Köln permite que los estudiantes se familiaricen con conceptos de la Industria 4.0. «No solo están integrados todos los procesos físicos esenciales de la técnica de automatización, es decir, la manipulación, el transporte de materiales y el control de calidad», comenta Liebertz. «El sistema también permite analizar y optimizar procesos de producción en tiempo real.» Todos los componentes, desde el robot hasta las cintas transportadoras y la cámara, están interconectados. Esto permite que el sistema informático pueda, por ejemplo, comparar tiempos de ciclo, porcentajes de piezas buenas y defectuosas y disponibilidades a fin de obtener información y realizar mejoras. De este modo se podría, por ejemplo, reconocer si una determinada elevación de la velocidad de producción conllevaría una disminución de la calidad del producto, es decir, de la precisión de la pila. «La observación directa y el análisis de los datos del proceso no solo permiten enseñar teóricamente conceptos clave, como la eficiencia global de los equipos (Overall Equipment Effectiveness (OEE)), sino también experimentarlos en la práctica». «De ahí que a largo plazo se prevea utilizar el demostrador para trabajos de proyecto, trabajos de finalización y formatos de enseñanza interdisciplinarios.»
Comprometidos con la promoción de los jóvenes
El demostrador es un ejemplo de cómo las universidades adaptan su enseñanza con éxito a la era de la industria 4.0. Sin embargo, esta transformación suele ser difícil cuando el presupuesto para nuevos recursos educativos es limitado. También la TH Köln tuvo que enfrentarse a la tarea de desarrollar el nuevo sistema lo más económicamente posible, por lo que la búsqueda de proveedores alternativos de tecnología de automatización resultó complicada. Por ejemplo, un robot articulado clásico para la industria cuesta fácilmente varias decenas de miles de euros y hubiera resultado demasiado caro. Los responsables del proyecto se alegraron de encontrar en la empresa de Colonia igus una alternativa rentable, el Rebel, un robot articulado fabricado en su mayor parte no con metal, sino con plástico de alto rendimiento.
La TH Köln también recibió apoyo de mk Technology Group, que proporcionó la mesa móvil para el demostrador y la tecnología de transporte. «mk mostró muy buena voluntad en el tema de costes de inversión y esto hizo posible la realización del proyecto dentro de nuestro marco presupuestario», comenta Liebertz. «Sabemos lo importante que es la formación de ingenieros jóvenes cualificados en tiempos de escasez de personal cualificado», explica Maik Kirchner, experto en técnica de transporte de mk. «De ahí que para nosotros, en calidad de socios industriales, sea muy importante apoyar proyectos innovadores como este tanto financieramente como con conocimientos técnicos».
La experiencia técnica de los expertos de mk fue importante, por ejemplo, en el tema de la compacidad. El demostrador debía ser lo más compacto y ligero posible para que una persona pudiera empujarlo de un aula a otra. Aquí el Rebel de igus resultó ser la elección correcta, ya que está fabricado con plástico de alto rendimiento y pesa tan solo ocho kilogramos. Un enfoque de construcción ligera que mk ha continuado de manera consistente. Así es como los expertos construyeron la mesa con la serie de perfiles mk 40, una serie de perfiles de aluminio ligeros y modulares de 40 x 40 mm apropiados para bastidores de máquina ligeros, dispositivos de protección y puestos de trabajo de montaje.
El transportador compacto de mk impresiona
En la mesa también están montados tres transportadores de banda GUF-P MINI, que mk ha desarrollado especialmente para el transporte y la separación de productos pequeños y ligeros. Con anchuras de 50 a 300 mm, longitudes de 350 a 3000 mm y una altura de montaje de solo 35 mm, los transportadores ofrecen posibilidades de uso flexibles en situaciones de montaje con espacios reducidos. «La gran experiencia de mk en el área de la técnica de transporte contribuyó en gran medida a optimizar aún más la estructura del demostrador», explica Liebertz. «Gracias a las observaciones y sugerencias de mk fue posible adaptar perfectamente los detalles técnicos del sistema de transporte a los requerimientos del cobot y de la estación de control de calidad».
Un controlador lógico programable (PLC) de nivel superior se encarga de sincronizar las secuencias de movimientos, lo que garantiza un funcionamiento fluido entre el tramo de transporte y la tarea de recogida y colocación del robot. Cuando el Rebel toma los discos separados, el controlador garantiza, por ejemplo, que las cintas transportadoras se frenen en la salida del tramo y los discos se centren en un prisma. De ese modo, el robot encuentra siempre una ventana de transferencia estable y reproducible sin ser perturbado por movimientos demasiado rápidos de las bandas. El controlador también permite probar diferentes variantes de secuencias y modificar específicamente los parámetros del proceso, lo que resulta especialmente valioso para la enseñanza y el análisis.
«La solución convence no solo por su fiabilidad en el rango milimétrico, sino sobre todo por su atractiva relación precio-rendimiento, un factor importante para su uso en la formación y la enseñanza», concluye Liebertz.
Gracias a la estructura abierta y al diseño modular, en el futuro también sería posible ampliar el sistema de forma flexible y sostenible, por ejemplo, mediante el montaje posterior de componentes de la Industria 4.0, sistemas de cámaras adicionales o el uso de la IA. Por ejemplo, para permitir el agarre en movimiento de los discos sin detener la técnica de transporte. También podrían estudiarse de forma práctica escenarios complejos, como el análisis de la estabilidad de las pilas con velocidades de curva y fricción variables. Esto permitiría determinar la precisión y la rapidez que se pueden conseguir alcanzando al mismo tiempo una seguridad de proceso muy alta de forma económica. La plataforma no solo ofrece potencial técnico, sino también una base ideal para impartir y desarrollar en la práctica competencias clave en la automatización moderna.
Con más de 26 000 estudiantes, la Universidad de Ciencias Aplicadas de Colonia (TH Köln) es la universidad técnica más grande de Alemania y se considera a sí misma una universidad moderna de tecnología, arte y ciencia. En este entorno dinámico, el Instituto de Desarrollo de Productos y Tecnología de Construcción (IPK) es un actor clave en la conformación de la transformación digital y sostenible de la ingeniería mecánica y de plantas.
Dentro del IPK, el Laboratorio de Sistemas de Fabricación (LFK), dirigido por el Prof. Dr.-Ing. Thomas Gartzen, se dedica a la investigación práctica en el punto de confluencia entre la ingeniería de producción y las tecnologías digitales. El LFK desarrolla soluciones innovadoras para sistemas de producción inteligentes interconectados, centrándose especialmente en las necesidades de las pequeñas y medianas empresas (PYME). Sus temas principales son la IoT industrial, la inteligencia artificial y las interfaces digitales hombre-técnica. El objetivo es hacer que los procesos de fabricación sean eficientes, sostenibles y orientados al futuro.
Gracias a su larga experiencia en proyectos de investigación y cooperación, así como a su gran agilidad y experiencia técnica, el LFK es un socio competente en la implementación de estrategias digitales e innovaciones industriales.