Robótica y digitalización, decisivas para el sector del packaging

El crecimiento del sector del envasado y embalaje en los últimos años en todo el mundo, junto con la escasez de mano de obra, están aumentando cada vez más la automatización y robotización de las tareas. Desde la preparación de envíos, hasta el empaquetado, paletizado y preparación para el almacenamiento y trasporte se está robotizando. Las nuevas tecnologías, junto con la introducción de nuevos modelos de robots industriales, el uso de cobots e integración de visión están incrementando la eficiencia y estabilidad en los procesos, así como reduciendo los costes y aumentando la flexibilidad frente a los cambios de producción. Analizamos todo ello a continuación.

PREGUNTAS

1. ¿En qué benefician las nuevas tecnologías al sector del envase y el embalaje?

2. ¿Qué soluciones son las más utilizadas en este sector?

3. ¿Me puede decir algún caso de uso de alguna de sus soluciones para este sector?

4. ¿Cuáles son las soluciones que ofrece su compañía para esta industria?

1. El sector del envase y embalaje ha evolucionado en los últimos años para atender las crecientes demandas del sector en flexibilidad, rapidez y eficiencia. Las nuevas tecnologías como la robótica y la digitalización están siendo decisivas para ayudar a las empresas a dar respuesta a estos retos. La robótica está en el corazón de la automatización flexible. Los consumidores son cada vez más exigentes y quieren tener más variedad de productos accesibles para poder satisfacer su necesidad de ese momento. Los fabricantes no se pueden permitir tener líneas de fabricación dedicadas a un sólo producto o a un sólo formato; tienen que poder procesar distintos productos en la misma línea de producción con el mínimo tiempo de parada y el mínimo coste asociado. La robotización también ayuda a reducir el tiempo de llegada al mercado ya que con sólo reprogramar una línea y eventuales ligeras modificaciones podemos reutilizar la mayor parte de la inversión para suministrar más productos. Tenemos las herramientas digitales para poder planificar estas modificaciones y reducir tiempo y coste de cambio. La rapidez en la cadena de suministro también ha hecho que la logística se sume a la automatización flexible pudiendo ofrecer soluciones proporcionadas a las necesidades de cada caso.
 

2. En este sector hay dos campos principales de aplicación de las nuevas tecnologías. Por un lado está el final de línea, esto es, la manipulación del producto para el envase primario, pasando por el encajado y finalmente paletizado para expedición. El segundo campo de aplicación es la logística flexible: los grandes sistemas de almacenaje automático siguen siendo válidos en muchos casos, pero nos encontramos cada vez más con sistemas basados en robótica industrial o en robótica móvil. Estos sistemas permiten automatizar operativas que hasta hace poco solo se podían plantear de un modo manual o incluso combinarse con los grandes almacenes automáticos.
 

3. En España cada año se suministran centenares de robots para picking, encajado, paletizado y logística para los sectores de alimentación, e-commerce, cosmético o moda entre otros. La mayoría de los robots que suministramos desde ABB a este mercado es a través de integradores de sistemas y fabricantes de maquinaria. Nuestra posición es la de suministrador de producto y tecnología al integrador y el integrador es el que hace la solución llave en mano al usuario final. Algunas soluciones habituales de este sector con suministro de robots ABB son el pick&place en cosmético o alimentación, el paletizado de cajas, sacos, bolsas… y soluciones de logística para e-commerce, alimentación o moda. En el caso concreto de la logística, gracias a la inteligencia artificial se están automatizando operativas que hasta hace poco era imposible automatizar, como por ejemplo los procesos de preparación de pedidos (picking), despaletizado e inducción a sorter con productos cambiantes. En los 3 casos se trata de procesos en los que se necesita un sistema de visión con inteligencia artificial que sea capaz de adaptarse a dicho entorno cambiante.
 

4. Para esta industria, disponemos de una amplia gama de robots industriales de 1 a 1.000 kg de capacidad de carga con distintos alcances y configuraciones. Asimismo, disponemos de robótica colaborativa con tres distintas familias: YuMi, GoFa y Swifti en función de las necesidades del proyecto. También disponemos de software para la simulación de las soluciones con paquetes específicos en función de la aplicación. En particular disponemos de PickMaster Twin para generar el gemelo digital de las aplicaciones de picking de alta velocidad con visión. Para aplicaciones de logística tenemos una gama de paquetes funcionales para poder cumplir una misión concreta o integrarse en un sistema mayor:
 

• DePal: despaletizado multirreferencia con visión artificial
• Flex Buffer: almacenes dinámicos robotizados para secuenciación y/o preparación de pedidos
• Item picker: paquete de robot con visión y software de Inteligencia Artificial para manipular piezas distintas dentro de una caja y poder vaciarla de forma unitaria. Esta tecnología también se puede aplicar en procesos de inducción a sorter. 

1. El crecimiento del sector del envasado y embalaje en los últimos años en todo el mundo, junto con la escasez de mano de obra, están aumentando cada vez más la automatización y robotización de las tareas. Desde la preparación de envíos, hasta el empaquetado, paletizado y preparación para el almacenamiento y trasporte se está robotizando. Las nuevas tecnologías junto con la introducción de nuevos modelos de robots industriales, el uso de cobots e integración de visión están incrementando la eficiencia y estabilidad en los procesos, así como reduciendo los costes y aumentando la flexibilidad frente a los cambios de producción. Por otra parte están permitiendo simplificar el diseño y puesta en marcha de líneas de envase y embalaje así como facilitar el mantenimiento predictivo y preventivo de las mismas. Si hace unos 30 años solo pensábamos en robots dentro del sector del automóvil, en los últimos años, en parte gracias a la disminución del coste de las soluciones de automatización y robotización, nuestras pymes han introducido muchos robots y hoy ya es usual ver robots trabajando en plantas medianas e incluso en pequeñas empresas familiares.

2. Las soluciones más habituales son las de picking, empaquetado y paletizado. Estos trabajos implican un trabajo manual extenuante y repetitivo, algo que puede automatizarse fácilmente con resultados optimizados y rentables. Automatizar el final de una línea de producción aumenta su flexibilidad, permitiendo reaccionar rápidamente a los diferentes cambios de formatos en empaquetado, embalaje, almacenamiento. Desde la aparición de los primeros robots específicos de paletizado de 4 ejes hace más de 25 años se han ido sucediendo numerosos avances en el sector como han sido el desarrollo de gamas completas de robots para picking, packaging, preagrupado y paletizado. El crecimiento continuo del e-commerce en todo el mundo, junto con la escasez de mano de obra, están aumentando cada vez más las demandas impuestas a las operaciones de empaquetado y almacenamiento. Utilizar las amplias soluciones de automatización de Fanuc, como los robots industriales y los cobots, permite realizar tareas de forma rápida y consistente ayudando a reducir el tiempo de inactividad, los retrasos en las entregas, los accidentes y los errores en el lugar de trabajo.
 

3. El paletizado es una de las aplicaciones más habituales de los robots colaborativos. Aunque para aplicaciones de alta carga y alta velocidad lo habitual suelen ser los robots típicos industriales, con los robots colaborativos se abre la posibilidad de paletizar cajas de hasta 35 Kg para cadencias intermedias. Fanuc ha desarrollado nuevos modelos de robots colaborativos CRX que utilizan la misma mecánica industrial robusta y fiable que nuestros tradicionales robots industriales convencionales. Se han dotado de funciones como guiado manual, detección por contacto, visión y control de fuerza e interfaces amigables de programación en tablets PC. Hemos ampliado la gama hasta capacidades de carga de 35kg con los modelos CRX-5iA, CRX-10iA, CRX-10iAL, CRX-20iA, CRX-25iA y CR-35iB. Por último, destacar que acabamos de presentar un software específico de paletizado Pallet Tool CRX que permite programar de una forma muy sencilla instalaciones de paletizado en las que a partir de introducir básicamente los datos del palet y las medidas de la caja y el formato de paletizado se pueden programar automáticamente las diferentes capas del pallet.

4. Desde la aparición de los primeros robots específicos de paletizado de 4 ejes hace más de 25 años, se han ido sucediendo numerosos avances en el sector como han sido el desarrollo de gamas completas de robots para el sector del envase y embalaje con robots de picking, packaging, preagrupado y paletizado. En nuestro caso, desde hace más de 15 años se desarrollaron aplicaciones propias de visión bajo la denominación de IR Vision para poder incorporar visión a nuestros robots permitiendo el picking de elementos en estático, en movimiento y en caótico. Desde hace unos 10 años se lanzaron nuevas gamas de robots Delta específicos para el sector y cabe destacar también nuestro nuevo modelo de robot delta DR-3iB/6 STAINLESS (inox.) pensado para operaciones de picking en la industria alimentaria. Desde hace unos 5 años disponemos de una amplia gama de robots colaborativos CR con modelos de 5, 10, 15, 20, 25 y hasta 35 kg de capacidad de carga. 

En el último año, cabe destacar el lanzamiento del robot SCARA SR-20iA pensado para aplicaciones de encajado de hasta 20 KG que viene a incrementar nuestra línea de robots SCARA. 

Además, cabe destacar el desarrollo de soluciones de gestión como MT-LINK que permite visualizar el estado de las máquinas de una planta y enviar datos a sistemas superiores tipo MES y también soluciones de mantenimiento predictivo como ZDT (Zero Down Time) que ayudan a prevenir paros de robots y anticipar tareas de mantenimiento anticipando posibles incidencias o paros de línea.

1. El sector del envase y embalaje está sujeto a ciertas exigencias comunes al resto de sectores industriales como es la productividad, el rendimiento y la mejora continua. En ese aspecto cualquier desarrollo tecnológico estará pensado en mejorar alguno o varios de estos aspectos. Si analizamos los requerimientos específicos del sector, encontraremos unas necesidades particulares tales como el enfoque a la limpieza, uso de productos no contaminantes o resistencia a contacto con el producto envasado. Esto implica que los materiales usados tengan resistencia a químicos agresivos y a temperaturas elevadas, inocuidad en los procesos y capacidad de funcionar sin lubricantes contaminantes. En este sentido innovar en nuevos materiales es fundamental para ampliar el abanico de soluciones y ser más productivo y competitivo. Además, al ser un sector con un nivel de competencia muy elevado, la innovación, la imagen, la capacidad de movilizar consumidores de otros productores y crecer en cuota de mercado constantemente son necesidades añadidas. Para ello es necesario la innovación, no sólo en métodos productivos si no también en el propio producto, en la forma en envasarlo, de presentarlo y de hacerlo llegar al consumidor final.
 

2. El sector del envase y embalaje está sujeto a ciertas exigencias comunes al resto de sectores industriales como es la productividad, el rendimiento y la mejora continua. En ese aspecto cualquier desarrollo tecnológico estará pensado en mejorar alguno o varios de estos aspectos. Si analizamos los requerimientos específicos del sector, encontraremos unas necesidades particulares tales como el enfoque a la limpieza, uso de productos no contaminantes o resistencia a contacto con el producto envasado. Esto implica que los materiales usados tengan resistencia a químicos agresivos y a temperaturas elevadas, inocuidad en los procesos y capacidad de funcionar sin lubricantes contaminantes. En este sentido, innovar en nuevos materiales es fundamental para ampliar el abanico de soluciones y ser más productivo y competitivo. Además, al ser un sector con un nivel de competencia muy elevado, la innovación, la imagen, la capacidad de movilizar consumidores de otros productores y crecer en cuota de mercado constantemente son necesidades añadidas. Para ello es necesario la innovación, no sólo en métodos productivos sino también en el propio producto, en la forma de envasarlo, de presentarlo y de hacerlo llegar al consumidor final.

3. Si miramos al mercado español, una de las máquinas en las que mayor aplicación tienen los productos de igus es en las envasadoras horizontales. Hay muchos fabricantes en España y con todos ellos colaboramos en mayor o menor medida. Es muy curioso ver cómo no existe una solución universal. Todos ellos encuentran maneras diferentes de alcanzar el producto final. Con cada uno de ellos estamos en alguna parte de la máquina y, si sumamos todos los distintos puntos, estamos presentes en prácticamente el 100% del proceso de envasado horizontal.
 

4. Para estas soluciones aplicamos principalmente nuestros cojinetes lineales drylin, sobre todo las familias R y W. Estos cojinetes son muy versátiles. La familia drylin R ofrece un rango de medidas compatibles según norma DIN compatibles con los cojinetes de recirculación de bolas siendo de rápida implementación en puntos donde estos elementos metálicos con necesidad de lubricación han fallado. La familia drylin W es muy compacta y económica, supone una gran ventaja en elementos diseñados de cero por los fabricantes de estas máquinas. Otros elementos con alto nivel de implementación son las tuercas en plástico técnico dryspin y su conjunto con husillos de acero Inox, la cadenas Portacables o los casquillos iglidur. Respecto a los husillos, disponemos de la gama más amplia del mercado en referencias y pasos de rosca. Suponemos una alternativa muy eficaz a husillos de recirculación de bolas o tuercas de bronce que tiene problemas por contacto químico, esfuerzos excesivos en estático o necesidad de eliminar la lubricación. Las cadenas Portacables son elementos muy necesarios para proteger cables que estén en movimiento y no queramos que sufran atrapamientos. Para ello igus tiene una gama específica de cadenas que cumplen con normativa de higiene y FDA. En cuanto a los casquillos iglidur gozan de más de 40 años de experiencia demostrada en el sector y ofrecen infinidad de soluciones a distintas necesidades.
 

1. Desde la perspectiva de la robótica colaborativa, la ventaja definitiva es la flexibilidad. Estamos en un momento en el que el mercado demanda más variedad de formatos y referencias y una mayor personalización en los paquetes, al tiempo que los pedidos tienen que llegar just in time. Eso representa una prueba de fuego para las pymes, pero también la oportunidad de aprovechar su agilidad para asumir proyectos ambiciosos. Para ello, tienen que proveerse de tecnología que vaya acorde con esa capacidad de reacción. Los cobots son fáciles de utilizar, se pueden reprogramar sin personal experto e incluso pueden reubicarse en distintas estaciones de trabajo. El cambio de herramienta de final de brazo tampoco presenta complicaciones. Gracias a estas características, cambiar el mosaico de paletizado, encajar paquetes de un tamaño distinto o realizar el bin picking en caótico son situaciones que los robots colaborativos resuelven a la perfección.

También hay que mencionar que el sector del envase y del embalaje se caracteriza por cargas constantes de peso y movimientos repetitivos que pueden comportar lesiones. Según datos del Ministerio de Trabajo, más de la mitad (53,7%) de los 22.408 partes de enfermedades profesionales en España en 2022 estuvieron provocados por posturas forzadas y movimientos repetitivos en el trabajo. Automatizar estas tareas con una tecnología casi tan polivalente como los humanos beneficia la seguridad laboral. Por eso, el packaging es un sector tan relevante para nosotros. 

2. En el ámbito de los cobots, podemos destacar las soluciones de alimentación de cartón en las máquinas de conformado de cajas, el pick and place, el bin picking, el etiquetado, el encajado, el paletizado, despaletizado y repaletizado. Los cobots pueden resolver todos estos procesos gracias a su perfecta integración con grippers, cámaras de visión artificial, robots móviles, columnas elevadoras y otros accesorios desarrollados por nuestros partners.
 

3. Uno de los últimos casos de uso corresponde a la empresa alimentaria bonÀrea y consiste en la automatización de los procesos intralogísticos de su centro logístico en Aragón. Para el proyecto ha sido clave la integración entre el brazo robótico de Universal Robots y el software SIMATIC Robot Pick AI de Siemens. Se trata de un algoritmo de IA preentrenado que permite al sistema de automatización identificar, clasificar y recoger con seguridad cualquiera de los productos de la tienda online de la compañía. De este modo, el cobot puede identificar más de 10.000 referencias de producto, incluso cuando no son previamente conocidas. Así, el robot selecciona los productos a partir de los pedidos recibidos por Internet y los recoge en paquetes listos para el transporte. 

También me gustaría destacar el caso de la empresa valenciana RNB Cosméticos, que integró seis brazos robóticos UR10 de Universal Robots para realizar tareas de paletizado cumpliendo el ciclo de producción de seis paquetes por minuto. Su flexibilidad permitió gestionar más de 350 referencias distintas y liberar a los operarios de cargar paquetes de siete kilos de forma continua. De hecho, fue la plantilla existente en la empresa la que pasó a desempeñar funciones de supervisión de los cobots, pese a no estar compuesta por personal experto en programación. No hubiera sido posible sin la accesibilidad de los robots colaborativos. 

Otro caso destacable es el de Aperitivos Snack. Para esta empresa, nuestro integrador Neobotik desarrolló una aplicación de paletizado que, además de los seis ejes incorporados en los brazos robóticos, cuenta con dos ejes extra (uno vertical y otro horizontal), que permiten paletizar a más de dos metros de altura y desplazarse a tres líneas distintas. Esta solución versátil dispone de 20 sensores repartidos entre las tres líneas para detectar la entrada de cajas, su acumulación y su llegada con el objetivo de cumplir un tiempo de ciclo de seis cajas por minuto. La aplicación ocupa solo 20 m2, un 50% menos que con la robótica tradicional.
 

4. Las soluciones abarcan desde la alimentación de cartón en las máquinas de conformado de cajas hasta el pick and place, el bin picking, el etiquetado, el encajado o el paletizado, despaletizado y repaletizado. Nuestro ecosistema UR+ ofrece un porfolio de componentes y aplicaciones plug and play que incluyen desde grippers y columnas elevadoras hasta software para desempeñar cualquier proceso vinculado al packaging. Nuestra estrecha colaboración con los desarrolladores nos permite enriquecer las prestaciones de nuestros cobots con efectores finales fiables y rápidos de instalar.
 

1. Ofrecen la posibilidad de automatizar más procesos de una forma más sencilla, lo que a su vez hace que se agilicen las inversiones. Al mismo tiempo, gracias a las nuevas tecnologías, esa mejora de los procesos se consigue con inversiones económicamente inferiores a hace unos años y con sistemas cada vez más sencillos de gestionar, utilizar y reprogramar.
 

2. Soluciones de picking, packaging y paletizado son las aplicaciones con robots más utilizadas en el sector. Soluciones con robots delta, scara y antropomorfos para grandes cadencias, y de un tiempo aquí, la robótica colaborativa para instalaciones más sencillas y con menos producción.
 

3. Para aplicaciones colaborativas tenemos robots de la familia HC de 10kg, 20 kg y 30 kg, todos ellos con grado de protección IP67. Para altas producciones tenemos la gama de robots Delta, MPP3H y MPP3S, la gama robots SCARA y la gama de robots de paletizado de 80 a 800 kg.
 

4. Para la industria de envase y embalaje, Yaskawa puede ofrecer soluciones no sólo de robots sino también de Automatización debido a su tecnología avanzada. Yaskawa Europa ofrece soluciones profesionales de mecatrónica con más de 100 años de experiencia en la conducción de motores con variadores de CA, servoaccionamientos y tecnología de control de procesos. Nuestros productos son utilizados para fabricar todo tipo de máquinas del sector como cintas transportadoras, envolvedoras, llenadoras, envasadoras… entre otras.
 

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Este artículo aparece publicado en el nº 555 de Automática e Instrumentación págs. 28 a 33.