Industria química y de proceso | Mantenimiento

Mi compañero es un robot

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Imagen del artículo Mi compañero es un robot

Naiara Aguirre
Ingeniera de Innovación
Sisteplant

David López
Innovation director and PMO Manager
Sisteplant

1. INTRODUCCIÓN

La utilización de la robótica en la industria ha revolucionado múltiples sectores, y uno de los campos donde su impacto se ha vuelto especialmente significativo es el del mantenimiento industrial. En un entorno donde la eficiencia y la reducción de tiempos de inactividad son cruciales, los robots han emergido como aliados indispensables para garantizar el óptimo funcionamiento de maquinaria y equipos. Los beneficios de integrar la robótica en las tareas de mantenimiento son numerosos: desde la precisión y consistencia en la ejecución de tareas repetitivas hasta la capacidad de operar en entornos peligrosos para los seres humanos. Además, el valor añadido que aportan estos sistemas va más allá de la simple automatización. Los robots pueden recopilar y analizar datos en tiempo real, anticipándose a posibles fallos y optimizando las operaciones de manera proactiva.

El futuro de la robótica en el mantenimiento industrial promete ser aún más innovador. Con el avance de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático, se espera que los robots no solo realicen tareas de mantenimiento de forma autónoma, sino que también aprendan y se adapten a nuevas situaciones, mejorando continuamente su rendimiento. La integración de tecnologías como el Internet de las Cosas (IoT) permitirá una comunicación constante entre los robots y los sistemas de gestión, creando un entorno verdaderamente inteligente y conectado. En este contexto, las industrias podrán alcanzar niveles excepcionales de eficiencia operativa, seguridad y rentabilidad.

La evolución actual de la robótica en el mantenimiento industrial abre un abanico de posibilidades sin precedentes. La autonomía, flexibilidad y capacidad cognitiva que los robots están alcanzando les permite operar en condiciones inaccesibles para los humanos. Desde entornos con altas temperaturas o exposición a productos químicos hasta la recopilación de datos en áreas de difícil acceso. Aunque los robots ya están desempeñando roles clave en la optimización de procesos y la reducción de costos asociados al mantenimiento, esta nueva versatilidad no solo se traducirá en una mayor eficiencia operativa, sino también en un aumento significativo de la seguridad laboral.

Es importante tener en cuenta que la implementación exitosa de la robótica en el mantenimiento industrial va más allá de simplemente sustituir tareas humanas por tareas automatizadas. La colaboración entre humanos y robots se está convirtiendo en un aspecto fundamental. No es el robot en sí mismo lo que marca la diferencia, sino su capacidad para ampliar las habilidades humanas mediante el uso de sensores, visión artificial y tecnologías similares, que nos permiten ver y oír lo que normalmente no podemos percibir, es decir, lo que está fuera de la frontera de las capacidades propiamente humanas. Esta sinergia se ve aún más fortalecida por la integración de software avanzado que facilita una interacción fluida entre humanos y máquinas, creando así un entorno de trabajo verdaderamente colaborativo y eficiente.

2. REQUISITOS DE UN ROBOT PARA APLICACIONES EN EL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

La robótica industrial se encuentra en una transición hacia los robots autónomos y móviles. En otras palabras, la evolución de la robótica industrial se dirige a robots capaces de tomar decisiones por sí mismos y moverse libremente, lo que les permite adaptarse a diferentes situaciones. Esta combinación de inteligencia artificial con movilidad en los robots ofrece una solución más flexible, eficaz y adaptable para las necesidades de mantenimiento en la industria. Con todo ello, debemos tener en cuenta que para que los robots sean realmente funcionales en el mundo industrial se requiere que cumplan con una serie de características:

  • Capacidad de desplazamiento multidireccional, a diferencia de los robots convencionales, lo que implica la habilidad para moverse en diversas direcciones de manera eficiente. Esta capacidad permite a los robots adaptarse dinámicamente a los cambios en el entorno de producción y optimizar sus trayectorias para mejorar la eficiencia operativa.
  • Robustez por diseño, concebida para resistir entornos agresivos y mantener su funcionamiento óptimo en condiciones adversas. Esta robustez garantiza la durabilidad del robot en entornos industriales donde pueden existir condiciones extremas, como temperaturas elevadas, presencia de líquidos corrosivos o impactos mecánicos.
  • Grados de libertad de movimientos equiparables a los de los seres humanos, lo que posibilita la ejecución de operaciones complejas con precisión y flexibilidad. Estos grados de libertad permiten a los robots realizar una amplia gama de tareas, desde manipulaciones delicadas hasta movimientos coordinados en entornos dinámicos, lo que aumenta su versatilidad y capacidad de adaptación.
  • Capacidad de interpretación del entorno y de interactuación con este a través de técnicas de visión artificial, lo que permite al robot comprender su entorno y tomar decisiones adecuadas en respuesta a los estímulos percibidos. Esta capacidad de percepción y comprensión del entorno facilita la colaboración segura entre humanos y robots, así como la detección y resolución proactiva de problemas en tiempo real.
  • Autonomía de decisión limitada y controlada por los seres humanos, donde el robot es capaz de tomar decisiones por sí mismo, pero bajo la supervisión y dirección de las personas. Esto puede incluir la emisión de alarmas ante la detección de anomalías o la interrupción de una misión si no puede completarla de manera segura. Esta autonomía limitada asegura que los robots actúen de manera responsable y se integren de manera segura en los procesos industriales, maximizando la eficiencia y la seguridad en el lugar de trabajo.

3. FLOTAS DE ROBOTS EN LA ORGANIZACIÓN Y LAS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO

En este futuro, en el que veremos la coexistencia de flotas completas de robots y equipos humanos de técnicos de mantenimiento y operación en nuestras plantas industriales. La coexistencia no se limitará a compartir el mismo espacio físico (Olivares- Alarcos, Foix y Alenyà, 2019), sino que implicará una interacción, cooperación, coordinación y comunicación reales entre robots y humanos para maximizar la fiabilidad y la seguridad de los activos. En otras palabras, formarán un equipo integrado en el que los humanos dejarán de utilizar a los robots como herramientas y empezarán a trabajar con ellos como compañeros. Para lograr esta visión, es esencial implementar tres modos de integración: física, lógica-organizativa, y humana. Estas integraciones permitirán considerar al robot como un miembro más del equipo de mantenimiento y operación de la planta.

3.1. Integración física

Para cumplir su misión, los robots deben poder reconocer e interpretar el entorno y el contexto, guiarse de forma autónoma hasta llegar al punto de intervención e interactuar físicamente con otros robots, máquinas y equipos. Esto se logra mediante la incorporación de software avanzado, sensores, sistemas de visión, láseres, brazos robóticos, efectores finales y otras tecnologías que les permiten reconocer e interactuar con el medio ambiente para realizar tareas de inspección de forma autónoma o colaborativa, realizar la adquisición periódica de datos mediante mediciones, ejecutar operaciones físicas como operar interruptores, válvulas o manivelas y completar reparaciones, además de reportar datos a un centro de control de forma remota o teleoperados por un operador humano.

La primera tarea de un robot móvil y autónomo suele ser la construcción de un mapa tridimensional del entorno físico en el que operará, el cual sirve como referencia esencial para su navegación autónoma. A partir de ese punto, se pueden emplear técnicas de aprendizaje automático de imágenes para el reconocimiento de elementos específicos dentro del mapa 3D, permitiendo al robot identificar componentes como válvulas, bombas y tuberías.

3.2. Integración lógica y organizativa

Cada robot de la flota debe recibir instrucciones claras para saber cuál es su misión en cada momento, de manera similar a cualquier técnico humano. El responsable de mantenimiento asigna órdenes de trabajo a técnicos o robots, en función de sus capacidades, relacionadas con elementos específicos del árbol de activos. Estas órdenes incluyen la naturaleza de la actividad a realizar, ya sea un trabajo planificado o correctivo. Tanto los técnicos como los robots deben comprender de manera natural dónde intervenir, qué acciones realizar y qué datos recoger, reportando el inicio y fin de cada orden de trabajo.

3.3. Integración humana

La verdadera coexistencia de robots y humanos, que implica interacción, cooperación, coordinación, comunicación y aprendizaje mutuo, depende de la implementación de tecnologías avanzadas.

Por una parte, la colaboración responsiva es fundamental para asegurar una cooperación segura entre personas y robots. Esto se logra mediante el uso de materiales no agresivos, sensores de detección de colisión, detección de intención del movimiento humano y sistemas de reducción de velocidad de movimientos. Estas características garantizan que los robots puedan operar junto a los humanos sin comprometer su seguridad.

Por una parte, el procesamiento del lenguaje natural, la capacidad de reconocimiento de imagen y voz, así como la inteligencia artificial generativa son esenciales para permitir una comunicación fluida y efectiva entre robots y humanos. Este aspecto es fundamental porque elimina la necesidad de que los usuarios tengan un conocimiento profundo de la tecnología para aprovecharla eficazmente. La tecnología debe adaptarse al ser humano y no al revés. De lo contrario, se corre el riesgo de subestimar a empleados valiosos por no dominar una tecnología específica, cuando en realidad poseen un conocimiento superior en su campo de trabajo. La capacidad de los robots para comprender el lenguaje humano no estructurado es esencial para interpretar y responder adecuadamente a las instrucciones y necesidades de los operadores humanos.

La integración de estas tecnologías y enfoques asegura que los robots no solo actúen como herramientas avanzadas, sino también como colaboradores efectivos que trabajan en armonía con los humanos, optimizando los procesos de mantenimiento y operación en las plantas industriales.

A medida que la robótica y la inteligencia artificial continúan avanzando, la relación entre humanos y robots debe evolucionar hacia una verdadera colaboración donde cada parte complementa y mejora las capacidades de la otra, llevando a una mayor eficiencia y seguridad en el entorno industrial.

4. ECOSISTEMA TECNOLÓGICO: R-Bot®

El ecosistema tecnológico R-Bot® de Sisteplant (Borda-Elejabarrieta, 2024) representa una innovadora apuesta de integración de robots en sus diversos formatos (cuadrúpedos, drones, coches, entre otros) con sistemas de software inteligentes, orientados a la realización de tareas que tradicionalmente se llevan a cabo de manera manual, con el objetivo de mejorar la fiabilidad operacional de cualquier tipo de activo.

La necesidad de este ecosistema surge en un contexto donde las empresas están incrementando sus niveles de automatización, tanto en tareas rutinarias como no rutinarias. Este incremento requiere nuevos campos de aplicación, con la fiabilidad como la clave transversal que empodera a estas organizaciones automatizadas. La inteligencia artificial dota a los robots de nuevas capacidades de análisis y decisión, aumentando así su autonomía e independencia. Aunque la robótica se usa ampliamente en procesos de manufactura, su aplicación en el mantenimiento ha sido limitada, principalmente a tareas de inspección. Sin embargo, nuevas áreas de aplicación robótica pueden desarrollarse para incrementar la fiabilidad operacional de los activos, sobre todo en operaciones riesgosas para los técnicos y en tareas rutinarias donde las personas no aportan un valor añadido y cuyo coste operacional es elevado.

El objetivo de R-Bot® es diseñar, desarrollar, probar e implementar en contextos reales soluciones tecnológicas inteligentes que integren el mundo físico y virtual. Este desarrollo se enfoca en una plataforma robótica inteligente que permitirá la implementación de aplicaciones disruptivas en el campo de los procesos de fiabilidad, contribuyendo a la evolución de la robótica hacia el siguiente nivel. No se trata simplemente de la construcción de un robot o un software, sino de la creación de un ecosistema integrado, compuesto por entidades físicas y digitales que ofrecerán soluciones específicas a los retos relacionados con la fiabilidad de los procesos de nuestros clientes.

El ecosistema tecnológico R-Bot® de Sisteplant se estructura en cuatro capas fundamentales (Figura 1).

La primera capa la compone la Suite Manufacturing Intelligence (MIP), que incluye sistemas como CMMS (Prisma®), MES (Captor®) y software de inteligencia artificial (Promind®). Estos sistemas organizan, priorizan, planifican y lanzan tareas, además de recoger datos para optimizar procesos y predecir fallos.

La segunda capa está constituida por MI-Bot®, un software que traduce el lenguaje empleado en los sistemas de Manufacturing Intelligence al lenguaje que entienden los robots, facilitando así una comunicación efectiva entre ambos.

La tercera capa es la plataforma de gestión de flotas multi-robot, que coordina y controla la ejecución de las misiones, permitiendo la comunicación entre robots de diferentes tipos y marcas, y asegurando una ejecución eficiente de las tareas asignadas.

La cuarta y última capa incluye los elementos de campo, que comprenden robots de diversas capacidades y tipos, así como sensores IoT, los cuales trabajan conjuntamente para realizar las tareas de manera efectiva y eficiente.

Figura 1. Ecosistema tecnológico R-Bot®

Este desarrollo busca avanzar hacia un futuro en el que humanos y robots trabajen en equipo de manera eficiente. En este contexto, las personas podrán continuar desempeñando sus funciones de manera similar a la actual, definiendo normas, activos y órdenes de trabajo a través de los softwares de mantenimiento industrial.

El sistema MI-BOT actuará como intermediario. Por un lado, procesará y filtrará la información dirigida a la flota de robots, traduciendo el lenguaje humano al lenguaje robótico mediante diversas técnicas. Por otro lado, procesará la información generada por la plataforma multirrobot, realizando la traducción inversa, es decir, del lenguaje robótico al humano.

La plataforma multirrobot tendrá la responsabilidad de gestionar las flotas de robots, orquestando su comportamiento, procesando la información generada por ellos e informando en todo momento sobre el estado de la flota.

5. CONCLUSIÓN

En conclusión, la evolución de la robótica móvil, autónoma y flexible, impulsada por los avances en inteligencia artificial, es fundamental para forjar un futuro colaborativo en el que humanos y robots trabajen como un equipo integrado. La visión de un entorno industrial donde robots y seres humanos coexisten y cooperan eficientemente está cada vez más cerca de materializarse. En este escenario, los robots no se conciben como sustitutos de los trabajadores humanos, sino como complementos que potencian las capacidades humanas, mejoran la seguridad laboral y optimizan la eficiencia operativa.

La clave para este futuro colaborativo radica en la implementación de tecnologías avanzadas que permitan una interacción segura y fluida entre humanos y robots. La capacidad de los robots para interpretar y adaptarse al entorno, tomar decisiones autónomas bajo supervisión humana y comunicarse efectivamente con los técnicos son elementos cruciales que garantizarán su integración exitosa en los procesos de mantenimiento industrial.

El ecosistema tecnológico R-Bot® de Sisteplant ejemplifica este enfoque, integrando robots de diversos tipos con sistemas de software inteligentes que facilitan la comunicación y la cooperación entre las entidades físicas y digitales. A través de la Suite Manufacturing Intelligence, MI-Bot® y la plataforma de gestión de flotas multi-robot, se crea una infraestructura robusta que permite a los robots asumir tareas complejas y riesgosas, mientras los humanos continúan desempeñando roles estratégicos y de supervisión.

En última instancia, la colaboración entre humanos y robots promete llevar la eficiencia, seguridad y fiabilidad en las operaciones industriales a niveles sin precedentes, marcando el inicio de una nueva era en la que la tecnología y el ingenio humano convergen para lograr objetivos comunes. Esta sinergia no solo optimiza los procesos actuales, sino que también abre un abanico de posibilidades innovadoras para el mantenimiento industrial del futuro. En este contexto, la relación entre humanos y robots se redefine, pasando de una visión donde los robots son meras herramientas a una en la que son considerados compañeros. Esta transformación fomenta una colaboración más estrecha y equitativa, en la que los robots no solo ejecutan órdenes, sino que también participan activamente en los procesos de trabajo.

6. REFERENCIAS

Borda-Elejabarrieta, J (2024) Mantenimiento avanzado para el alargamiento de vida de centrales nucleares.
https://www.linkedin.com/posts/prof-dr-ing-javier-borda-elejabarrieta-917b7268_mtto-avanzado-para-el-alargamiento-de-vida-activity-7197295482744762368-IEUz/?utm_source=li_share&utm_content=feedcontent&utm_medium=g_dt_web&utm_campaign=copy&originalSubdomain=es

Olivares-Alarcos, A.; Foix, S.; Alenyà, G (2019) On Inferring Intentions in Shared Tasks for Industrial Collaborative Robots. Electronics, 8, 1306.
https://doi.org/10.3390/electronics8111306

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