llar tareas repetitivas a un ritmo más estable que una persona y con un resultado constante.

Esto reduce el número de fallos y los costes debidos a reparaciones, y aumenta la calidad final de la operación. Además, la automatización permite descargar de tareas manuales rutinarias al personal altamente especializado con el que cuenta la industria aeronáutica. Empleándolo en tareas de mayor valor, el beneficio es doble: por un lado, la calidad del producto final aumenta, y por otro se estimula el desarrollo profesional aportando nuevas tareas de mayor responsabilidad y valor añadido.

Por último, en los montajes aeronáuticos pueden producirse situaciones poco ergonómicas al trabajar en espacios confinados, al realizar esfuerzos repetitivos, o al aplicar determinadas sustancias nocivas. La automatización de estas operaciones incrementa la seguridad de los trabajadores y es una de las razones más poderosas al encarar el estudio de viabilidad de una aplicación automatizada.

Principales obstáculos

  La automatización de una operación de montaje requiere una inversión económica importante, cuya justificación debe estudiarse cuidadosamente para salvar prejuicios basados en falsas creencias. Por ejemplo, las bajas cadencias típicas de los programas aeronáuticos no son necesariamente un impedimento. La decisión de automatizar debe tomarse atendiendo al número de veces que la operación se repite, tanto si se ejecuta una vez sobre un gran número de productos iguales, como si se repite un gran número de veces sobre un único producto. Por otro lado, el montaje es uno de los últimos eslabones en la compleja cadena de fabricación de una aeroestructura, y en él se suelen acumular todos los errores cometidos en los pasos anteriores. Esto obliga a realizar en el montaje tareas adicionales muy difíciles de automatizar, como inspecciones o pequeños ajustes.

En este sentido, y estrictamente hablando, el único montaje flexible es el montaje manual. En contraste, un montaje automatizado necesita una cadena de suministro robusta y con un número de fallos limitados y tipificados. Es necesario estar dispuesto a perder cierta flexibilidad para ganar en repetitividad y estandarización. Otro inconveniente tradicional de las líneas automatizadas es el elevado coste de puesta a punto (Figura 1) y de mantenimiento asociado (Figura 2), aunque se ha visto mitigado en parte por la irrupción de la tecnología electrónica en el control de estas células.

Una línea automatizada es muy sensible a defectos no esperados, y en su fase de arranque suele poner de manifiesto errores indetectados en etapas anteriores en la cadena de producción. Además, su puesta a punto precisa la atención de operarios e ingenieros altamente especializados, con el alto coste horario que esto conlleva. Y por último, uno de los obstáculos más difíciles de salvar a la hora de acometer la automatización de un proceso es la resistencia al cambio de los propios usuarios. Por un lado, los directivos no siempre son conscientes del coste recurrente asociado a la decisión de no automatizar un proceso, y por otro, es difícil hacer ver a pie de taller que una máquina no es un enemigo destructor de empleo, sino un aliado que permitirá dedicar los recursos a tareas más seguras, y de mayor valor.

Una buena candidata para ser automatizada

En el montaje de una aeroestructura, el taladrado y remachado de los elementos que la forman es una operación repetitiva que consume gran cantidad de recursos. Las mallas o líneas de unión que forman estas costuras pueden llegar a estar formadas por decenas de miles de taladros y remaches. En este tipo de uniones bulonadas se requieren tolerancias de posición y geometría del taladro respectivamente del orden de las décimas y milésimas de milímetro. El acabado de las superficies a unir debe cumplir con requerimientos muy exigentes en cuanto a rugosidad y limpieza.

Tradicionalmente, las operaciones de unión de elementos como revestimientos y carenas a la estructura interna formada por largueros y costillas se ha realizado de manera manual, ejecutando miles de taladros en cada elemento (Figura 3.a). Una operación altamente repetitiva, que en algunos casos se complica debido a la dureza y resistencia de los elementos a taladrar. La automatización progresiva de estas operaciones ha partido de una comprensión y análisis detallado del proceso completo. Cada nuevo paso se ha dado cuando el anterior se consideró suficientemente maduro y controlado.

Hacia la automatización del taladrado y remachado

Un primer paso en la automatización del taladrado y remachado fue el desarrollo de máquinas de taladrado semiautomáticas, equipadas con módulos neumáticos e hidráulicos para asistir los movimientos de giro y avance de la herramienta de corte. Estas máquinas, todavía en uso, se anclan a unas grandes y pesadas plantillas de taladrado, de modo que se descarga al operario del esfuerzo de posicionar y empujar la máquina herramienta.

El operario sólo tiene que trasladar la máquina de una posición a otra en la plantilla de taladrado y presionar un botón (Figura 3.b). Una vez que esta tecnología fue asentándose con éxito, el siguiente paso en la automatización del proceso de unión de estructuras se dio al introducir las primeras máquinas automáticas de taladrado, capaces de posicionar la herramienta y realizar toda la operación de taladrado.

En las fábricas de montaje aeronáutico se empezaron a ver robots industriales de tipo pórtico, de cinemática paralela, o de brazos lineales controlados mediante lógica neumática en un principio, y mediante control electrónico posteriormente. Estos robots realizaban la operación de taladrado completa, y para conseguir las precisiones requeridas al taladrar los resistentes materiales modernos, necesitaban de la rigidez de robustas guías por las que se movían sus cabezales de taladrado (Figura 3.c).

Esta necesidad de rigidez se vio acentuada al seguir avanzando en el proceso de automatización, cuando se planteó dotar a los cabezales de taladrado de módulos capaces de realizar todas las operaciones necesarias para remachar por completo la unión. Un cabezal de taladrado y remachado debe dotarse de algún medio para rebabar el agujero taladrado, medir la longitud del remache a instalar, aplicar el sellante necesario, insertar el bulón y efectuar el cierre del mismo. Estos cabezales incrementan de manera importante su tamaño y su peso. Y la única manera de garantizar las tolerancias y precisiones es aumentar la rigidez del sistema completo, lo que se traduce en elementos de soportado tales como guías y transmisiones cada vez más robustas, grandes y pesadas, así como la necesidad de cimentaciones especiales.

Nuevos retos

En los últimos años, y aprovechando los avances en técnicas de visión artificial, reconocimiento de patrones, materiales y sistemas de anclaje, se comienza a conceptuar un tipo de sistema de taladrado y remachado más versátil que los descritos anteriormente. Poco a poco las grandes máquinas diseñadas ad hoc y dedicadas a un único producto van dando paso a células flexibles, formadas por robots comerciales de menor tamaño que no precisan cimentaciones especiales, y que pueden reconfigurarse fácilmente para usarlas en distintos productos. Haciendo un ejercicio de imaginación, en la estación de montaje del futuro operarán conjuntamente técnicos montadores y robots de las formas más variadas (ya existen prototipos de robots caminantes de aspecto arácnido, reptantes con forma de serpiente, o articulados como un brazo humano) colaborando e interactuando de manera continua en la misma zona. Estas tendencias y desarrollos futuros son compartidos por los especialistas en jornadas como la que hace unos meses celebraron en Sevilla el CDTI y el CATEC.

Aerorobot 2010 repasó el estado del arte actual en materia de robótica aplicada a la industria aeronáutica, y centró parte de su atención en el papel que la aeronáutica andaluza ha tenido en su evolución. Andalucía está hoy por hoy en la vanguardia de la automatización de montajes aeronáuticos, contando con el Centro de Excelencia a nivel europeo en la automatización de montajes de estabilizadores horizontales y con una de las líneas de ensamblaje final más modernas de Europa.

Este éxito está basado en la experiencia y el esfuerzo aplicado en cada uno de los programas aeronáuticos que se han ido sucediendo en el tiempo. Los programas Mercure, SAAB 2000 y Dornier 728, los Productos Propios de la antigua CASA, o los primeros Airbus permitieron adquirir los conocimientos que hoy se aplican en programas como el A380 y el A400M.

Y el futuro ya está aquí con el A350, y los nuevos desarrollos Airbus.

 

Rubén Carvajal Vázquez, and Manuel Heredia Ortiz. Authors of http://aergenium.es, first web dedicated since 2008 to the aerospace industry in Andalusia, Spain

Para saber más sobre el tema de este artículo, visite la web http://sabermas.aergenium.es, donde encontrará más información, material de soporte, fotografías, vídeos y enlaces de interés.