AEI 521 - La Industria 4.0 en el sector aeroespacial

Automatización de procesos, fabricación aditiva, inteligencia artificial, realidad aumentada... La industria aeroespacial española se encuentra en un proceso de transformación implementando un gran abanico de tecnologías que permiten mejorar su competitividad, apoyada por centros tecnológicos como CATEC.

La Industria 4.0 está muy presente en la industria aeroespacial, una revolución en la que además de las empresas del sector, también participan centros tecnológicos como el caso del Centro Avanzado para el Desarrollo Aeroespacial (CATEC). “Comenzamos a trabajar en la Industria 4.0 desde nuestros inicios, aun cuando el término no estaba acuñado a estos desarrollos tecnológicos”, afirma el Dr. Fernando Lasagni, su director técnico. Y es que este centro sevillano se ha convertido en un referente en tecnologías como la fabricación aditiva, la automatización de procesos industriales, la visión artificial y la realidad aumentada, entre otras disciplinas.

La industria aeroespacial se ha caracterizado siempre por sus largos tiempos de certificación para la implementación de nuevos procesos, visión que se ha conseguido cambiar lentamente para apostar por la Industria 4.0 y mantener de esta forma su competitividad.

Eduardo Ferrara, jefe de la Unidad de Automatización y Robótica, se encarga de coordinar los proyectos que pretenden aumentar la maduración de la tecnología y desarrollar demostradores para su validación. “Tenemos un equipo de profesionales de diversas disciplinas, indispensable para abordar los desafíos de la Industria 4.0. No solo se trata, por ejemplo, de automatizar un proceso de inspección sino de dotar al sistema con capacidad de visión e inteligencia artificial para la toma de decisiones”, explica. Este es el caso del proyecto Aeropaint realizado por CATEC, en colaboración con el fabricante de aeroestructuras SOFITEC, en el que se desarrolla un sistema que integra diversas soluciones tecnológicas para lograr un proceso automatizado de pintado y verificación de componentes aeronáuticos con alta productividad, eficiencia y respeto por el medioambiente. Para ello, se han aplicado técnicas de realidad aumentada para asistencia al operario, robotización de procesos tradicionales, desarrollos para la colaboración humano-robot o técnicas de inteligencia artificial en procesos de inspección por visión artificial, para lograr un modelo de fábrica interconectada. Daniel Martínez, ingeniero del proyecto, destaca: “El sistema desarrollado mejora los sistemas habituales de calidad, al realizar una trazabilidad exhaustiva de los procesos de fabricación, homogeneizando además los criterios de calidad. Además, no sólo se ha mejorado la trazabilidad en los parámetros relativos a la calidad, sino que también se han incorporado tecnologías IoT mediante la sensorización RFID de las piezas, lo que facilita la monitorización de los tiempos de paso por las diferentes etapas del proceso, lo cual permite la detección de cuellos de botella”. Por otra parte, se han implementado robots colaborativos para la automatización de los procesos y realidad aumentada, produciendo una mejora de la eficiencia gracias a la facilidad que supone el trabajo recurrente de los operarios con los cobots, y sin pérdida de la seguridad para estos.

Sin lugar a dudas, los procesos de inspección no destructiva tienen un alto potencial para ser automatizados. Es así como CATEC colabora con diversas empresas en el desarrollo de soluciones ad hoc para la inspección de componentes por tecnologías como los ultrasonidos, y otras de no contacto como la termografía infrarroja y laser shearography. El objetivo es disminuir drásticamente los tiempos de inspección manteniendo la misma tasa de detectabilidad que los procesos manuales.

Otro de los proyectos en los que trabajan se enmarca dentro del programa Europeo Clean Sky 2. “El proyecto TCTool está enfocado al desarrollo de tecnologías para la fabricación, soldado y ensamblaje de estructuras aeronáuticas en material compuesto termoplástico. Allí CATEC tiene la labor de desarrollar un sistema de posicionado de precisión de largueros y otros componentes interfaces para su posterior soldado dentro del fuselaje de la aeronave”, señala Elena Blanco, ingeniera del proyecto. Éste se realiza en colaboración con otras entidades europeas como TWI y bajo las especificaciones del fabricante GKN Aerospace.

Actualmente, para la mejora del nivel de eficiencia de la industria aeronáutica, CATEC está desarrollando también soluciones innovadoras para la gestión de la cadena de suministro. En el proyecto Singular, en colaboración con el fabricante Aerotecnic y la ingeniería Altran, se está desarrollando un sistema inteligente para la detección e identificación de piezas aeronáuticas que hace uso de tecnologías como gestión de datos masivos (big data), sistemas para la identificación y detección a través de técnicas de inteligencia artificial (basadas en deep learning), visión artificial e internet de las cosas aplicado al entorno industrial (IIoT), suponiendo un paso decidido hacia la Industria 4.0 en la cadena de suministro aeronáutica.

Este centro andaluz también ha utilizado las tecnologías de realidad aumentada y virtual para la producción de mazos eléctricos para el sector aeroespacial. Esta tecnología consiste en pasar de la impresión convencional de planos de grandes dimensiones (hasta 6 metros de longitud) para la preparación de la estructura del cableado del avión por sistemas de proyección en escala real junto con proyecciones de instrucciones de montaje. Los beneficios principales de la aplicación de esta solución se encuentran en un gran ahorro en costes recurrentes y costes de no calidad, conjuntamente con la eliminación del papel mediante el uso de documentación digital. Esto último permite el ahorro de más de una tonelada de papel por año en solo un sitio de producción. Otra de las ventajas se encuentra en los programas donde cada avión tiene una configuración eléctrica distinta. El uso de sistemas de proyección facilita mucho la reconfiguración ya que el sistema de realidad aumentada se encuentra conectado directamente con el sistema de diseño, actualizándose automáticamente las órdenes de trabajo (en el momento que se cambia en el diseño).

También presta apoyo a las pymes nacionales para integrarse en el nuevo concepto de factoría digital o paradigma de Industria 4.0. Todo ello a través de soluciones que vienen a cubrir la necesidad de desarrollo e integración de sistemas adaptados a pymes industriales, mediante una metodología que permita apoyar a estas empresas en su proceso de hibridación del mundo físico y digital. Destacan, entre otras, la creación de una plataforma tecnológica adaptada a las necesidades de la empresa, la puesta en marcha de centros de demostración que simulen un entorno productivo real, o el desarrollo de programas de promoción y capacitación de los responsables de la factoría digital de pymes industriales, ya que la clave está en la “transformación”, es decir, no se trata solo de incorporar la última tecnología, sino de adaptar los modelos de negocio de estas empresas, combinando buena parte de sus propias tecnologías con las más novedosas herramientas digitales. (Proyecto Europeo Interreg-Poctep Indupymes 4.0). Paloma Vega, ingeniera del proyecto por parte de CATEC, comenta: “Indupymes 4.0 promueve e impulsa la transformación digital para pequeñas y medianas empresas integradas en la cadena de valor del sector transporte. A través de la digitalización las pymes podrán tomar una posición más ventajosa en el tejido empresarial actual. Además, el proyecto cuenta con un consorcio internacional y multidisciplinar compuesto por entidades ligadas a la enseñanza, la industria y a la I+D+i, lo cual creemos que es clave para poder entender las necesidades actuales del sector, desde todos los ámbitos principales de influencia”.

Otros aspectos a resaltar son los desarrollos para acercar Robot Operating System (ROS) a la robótica industrial y la automatización. ROS es el conjunto de software de código abierto más extendido y adoptado por los creadores de robots hoy en día. En especial, destacan sus posibilidades de integración, el diseño colaborativo y la diversa comunidad de usuarios y desarrolladores que lo respalda. En este contexto, CATEC está desarrollando dos aplicaciones para hacer más fácil la integración de dos dispositivos con expectativas de futuro en la industria aeronáutica: una estación con sensor láser para escanear grandes superficies y un sistema de proyección para realidad aumentada (convocatoria europea Cascade-funding Rosin).

Finalmente, otra de las disciplinas encuadradas dentro de las tecnologías de la Industria 4.0 es la fabricación aditiva o impresión 3D. Aquí el centro utiliza la tecnología tanto para el desarrollo de prototipos (por ejemplo, cabezales de inspección) y la fabricación de pieza final.

CATEC se ha transformado así en un actor principal para el desarrollo de la tecnología en el sector aeroespacial, habiendo conseguido fabricar y validar componentes de vuelo para lanzadores, satélites, sondas espaciales, aviones militares y helicópteros, constituyendo sin duda un hito europeo. Antonio Periñán, jefe de la Unidad de Fabricación Aditiva, explica: “Uno de los proyectos más ambiciosos en los que trabajamos se enmarca en el desarrollo de la estructura secundaria de la sonda espacial Juice que estudiará las lunas gélidas de Júpiter. Gracias a la impresión 3D y los diseños optimizados que hemos realizado con la empresa CITD hemos conseguido reducir el peso de la estructura a la mitad”. Son los diseños biónicos y la capacidad de fabricar casi cualquier geometría lo que ha permitido fabricar piezas únicas en aluminio que alojarán los sensores y sistemas de monitorización de la misión.

“La Industria 4.0 es una necesidad, es la única posibilidad que tienen hoy en día las empresas para asegurar su competitividad. Es por ello que existen centros tecnológicos como CATEC creados para potenciar el tejido industrial español y garantizar nuestra competitividad en el corto, medio y largo plazo”, concluye Fernando Lasagni.