(Caso práctico de integración LEAN + Cobot + AMR + Visión + IA)
Aplicación práctica de nuestro Humanoide de soldadura
robotizada.
Ver bases de diseño en mi artículo de LinkedIn:
(Enfoque SMED para un Humanoide de soldadura con Visión e IA
para lotes cortos, piezas fuera de tolerancias y accesos complicados:
Nota. Todos los datos de partida para el diseño son públicos, y
los he sacado gracias a la inestimable ayuda de mi nuevo amigo GEMINI, la IA de
Google
Álvaro Ballesteros
22. Julio. 2026
https://doi.org/10.5281/zenodo.21479156
Índice
Antecedentes
Desglose
de los 14 millones de horas de trabajo
Detalles
de la carga de trabajo de AAA
Desglose
del proceso de fabricación de bloques
Desglose
de Horas de Soldadura en la Fabricación de Bloques
Estimación
de Soldadores en los Niveles 2 y 3 del FSS
Estimación
de Soldadores en los Niveles 2 y 3 del FSS
Soldadores
por Bloque
Tipos de
soldadura de los Niveles 2 y 3
Estimación
de número de soldadores por cada tipo de soldadura de los Niveles 2 y 3
Resumen
de la Distribución de la Fuerza de Trabajo de Soldadura
Empleo de
un Humanoide de soldadura, un Cobot de soldadura montado en un AMR dotado con
Visión e IA, que se desplaza sobre railes montados sobre pilares que se fijan
por imanes a la estructura para acceder a sitios complicados
Mejora de
productividad que se puede conseguir con el empleo masivo de este Humanoide de
soldadura
Diseño de
una Linea de soldadura Lean para la producción de los niveles 2 y 3
Definición
del Takt Time para cumplir los plazos del Proyecto
Definamos
un Takt Time de 1 unidad / semana, para asegurar plazos
Empleo de
más Humanoides para asegurar el Takt Time
Empleo de
AMRs para mejorar el flujo LEAN
Empleo de
Cobots montados en Gantries para suministro de materiales a Línea
Empleo
del Humanoide para Inspección NDT (Celda3)
Empelo de
Humanoide de Inspección de dos brazos para grandes escaneos
Empleo de
un Humanoide de dos brazos para soldadura
Resumen
de puntos clave Proyecto LEAN para el proyecto FSS
Antecedentes
El cronograma del proyecto Fleet Solid Support (FSS), a cargo del
consorcio Team Resolute (AAA, Harland & Wolff y BMT), abarca varios años
hasta la entrada en servicio de los tres buques logísticos para la Royal Navy:
|
Hito |
Fecha/Plazo
Previsto |
|
Inicio de la
Producción (Corte de Acero) |
Diciembre de
2025 (Iniciado) |
|
Producción
de Bloques |
Comienza en
2025 |
|
Primer Buque
(RFA Resurgent) |
En
construcción. |
|
Entrega/Entrada
en Servicio de los Tres Buques |
Se espera
que los tres buques estén operativos en 2032 |
Detalles Adicionales:
- Horas
de Trabajo: El programa generará más de 14 millones de horas de
trabajo en total, repartidas entre España y el Reino Unido (incluyendo los
astilleros de AAA y BBB, y los de Harland & Wolff en Belfast y
Appledore).
- Astillero
de Ensamblaje Final: Aunque la producción es modular y se reparte
entre varios astilleros, el plan original era que el ensamblaje final de
los tres buques se realizara en Belfast. Sin embargo, la
construcción del primer buque ha visto bloques reasignados a los
astilleros españoles.
- Inversión
en Infraestructura: Se ha anunciado una inversión de más de
$\textsterling{90}$ millones para modernizar los astilleros de Harland
& Wolff, con el objetivo de que en 2026 puedan asumir de forma
competitiva la construcción de bloques y secciones.
Desglose de los 14
millones de horas de trabajo
|
Proceso/Fase |
%
Estimado del Total de Horas |
Millones
de Horas Estimadas |
Descripción |
|
I.
Ingeniería y Diseño |
10% - 15% |
1,4 - 2,1 |
Diseño
detallado (elaboración de planos de taller), cálculos estructurales,
planificación de sistemas. |
|
II.
Fabricación de Bloques |
40% - 45% |
5,6 - 6,3 |
Corte de
acero, pre-ensamblaje de planchas, soldadura y montaje de paneles y
sub-bloques. Gran parte de esta fase se realiza en los astilleros de AAA
en España y en Harland & Wolff Appledore. |
|
III. Montaje
en Grada/Dique |
20% - 25% |
2,8 - 3,5 |
Ensamblaje
de los grandes bloques y secciones en el dique (principalmente en Belfast
y AAA). Incluye soldadura de unión y alineación estructural. |
|
IV.
Instalación de Sistemas y Armamento (Outfitting) |
15% - 20% |
2,1 - 2,8 |
Instalación
de equipos principales (motores, generadores), cableado, tuberías, sistemas
de navegación, comunicaciones y habitabilidad. |
|
V. Pruebas y
Comisionamiento |
5% - 10% |
0,7 - 1,4 |
Pruebas de
amarre, pruebas de mar (incluidas las de rendimiento del buque y sistemas de
combate/logística). |
|
TOTAL |
100% |
14 Millones |
🌍 Distribución Geográfica
Una parte
fundamental de estos 14 millones de horas es el reparto geográfico, que es el
aspecto más conocido:
- España (AAA):
Astilleros como CCC y BBB se encargan de la construcción de grandes
secciones y bloques de los buques (principalmente fase II y III).
- Reino
Unido (Harland & Wolff): Astilleros en Belfast
(ensamblaje final) y Appledore (fabricación de bloques) cubren el
resto de la carga de trabajo, incluyendo gran parte de la fase de Outfitting
(IV) y Pruebas (V) en el Reino Unido.
Importante: La fase de Fabricación de
Bloques (II) es la que tradicionalmente absorbe la mayor cantidad de
horas-hombre en la construcción naval.
¿Te gustaría
que amplíe la información sobre el rol específico de los astilleros españoles (AAA)
o británicos (Harland & Wolff) en este proyecto?
Detalles de la carga
de trabajo de AAA
AAA, como
líder tecnológico del consorcio Team Resolute, aporta la experiencia en diseño
(basado en sus buques de aprovisionamiento logístico ya construidos) y una gran
capacidad de producción modular.
Astilleros Implicados:
- CCC:
Principal centro de construcción de grandes bloques y secciones.
- BBB:
Astillero que también contribuye con la fabricación de grandes bloques y
la integración de sistemas complejos.
Responsabilidades Clave:
- Diseño
Detallado y Tecnología: Proporcionar la ingeniería de detalle
basada en el diseño Arrowhead 140 para un buque logístico (similar a sus
buques de la clase Cantabria).
- Construcción
de Bloques Mayores: Asumir una parte significativa de la construcción
de los grandes bloques estructurales y la integración de sistemas
complejos. Esto incluye secciones clave del casco y la estructura
principal.
- Primer
Buque (RFA Resurgent): Aunque el ensamblaje final
está destinado al Reino Unido, AAA se está encargando de una gran porción
del primer buque para asegurar el cumplimiento del cronograma, fabricando
y equipando bloques ya avanzados.
- Transferencia
de Tecnología: Asesorar y apoyar a Harland & Wolff en
la modernización de sus procesos para que puedan asumir una mayor cuota de
trabajo en los buques siguientes.
Rol de Harland & Wolff (Reino Unido)
Harland &
Wolff (H&W), con sus astilleros en Belfast y Appledore, es el socio
británico responsable de la infraestructura local y del cumplimiento de la
regla de contenido nacional.
Astilleros Implicados:
- Belfast:
Principal centro de ensamblaje final e integración de sistemas para
los tres buques. Es donde se realizan las operaciones de dique seco,
uniendo los bloques prefabricados.
- Appledore
(Inglaterra): Responsable de la fabricación de bloques
y secciones más pequeñas y medianas, complementando la producción
estructural de AAA.
Responsabilidades Clave:
- Ensamblaje
Final: El
proceso final de unión de todos los grandes bloques (tanto los de AAA como
los propios de H&W) se realiza en el astillero de Belfast.
- Integración
de Sistemas Británicos (Outfitting): La instalación de gran parte
del equipamiento final, los sistemas de combate, comunicaciones
específicas de la Royal Navy y las pruebas de los sistemas se llevan a
cabo en el Reino Unido.
- Contenido
Nacional: Asegurar
el cumplimiento del mínimo de contenido de fabricación británico requerido
en el contrato.
- Modernización
de Infraestructura: Utilizar los fondos del contrato para
modernizar sus instalaciones, especialmente en Belfast, para poder manejar
el ensamblaje de buques de esta escala.
|
Tarea
Clave |
Ubicación
Principal |
|
Diseño Base |
AAA (España) |
|
Fabricación
de Bloques Mayores |
AAA (España) |
|
Fabricación
de Bloques Menores |
H&W
Appledore (Reino Unido) |
|
Ensamblaje
Final del Casco |
H&W
Belfast (Reino Unido) |
|
Instalación
Final de Equipos |
H&W
Belfast (Reino Unido) |
Desglose del proceso de fabricación de Bloques
1. Preparación del Acero
Esta es la
etapa inicial donde se prepara la materia prima:
- Corte y
Marcado CNC: Utilización de máquinas de corte por
control numérico (CNC) de alta precisión para cortar las planchas de acero
y los perfiles según los planos de ingeniería de detalle. Se marcan las
líneas de soldadura y la posición de los refuerzos.
- Chorreado
y Pintura de Taller (Shop Primer): Las planchas cortadas se
someten a un proceso de chorreado para eliminar óxido y escama de
laminación, y luego se les aplica una capa de imprimación protectora
(taller o shop primer) para protegerlas durante el almacenamiento y
el montaje inicial.
2. Formación de Paneles (Flat Panel Line)
Aquí es donde
las planchas planas se convierten en grandes estructuras bidimensionales:
- Unión de
Planchas: Varias
planchas de acero individuales se sueldan a tope para formar grandes
paneles planos.
- Colocación
de Refuerzos (Rieles y Escuadras): Se sueldan los refuerzos
longitudinales (rielas) y transversales (escuadras) a los paneles planos.
Esto se hace a menudo en líneas de producción automatizadas para
garantizar la calidad y la velocidad.
3. Pre-ensamblaje y Formación de Sub-Bloques
Esta etapa
convierte las estructuras 2D en estructuras 3D más pequeñas:
- Soldadura
de Estructuras 3D: Los paneles y planchas que no son planas
(como la proa, la popa o estructuras curvas) se curvan mediante prensas o
calentamiento (conformado) y se unen para formar secciones
tridimensionales más pequeñas, denominadas sub-bloques.
- Instalación
Temprana (Outfitting Prematuro): Se instalan los elementos
básicos que serán difíciles de colocar una vez que el bloque esté cerrado.
Esto incluye:
- Tuberías
principales.
- Soportes
de cableado (bandejas).
- Escaleras
y pasamanos internos.
- Refuerzos
para equipos pesados.
4. Ensamblaje Final de Bloques
Los
sub-bloques se unen para formar los grandes bloques que serán transportados a
la grada o dique:
- Unión de
Sub-Bloques: Los sub-bloques se ensamblan en grandes
plataformas de montaje para formar los bloques definitivos, que pueden
pesar cientos de toneladas.
- Pintura y
Recubrimientos Internos: Se aplica la pintura final a
los espacios internos (como tanques, bodegas y espacios de difícil acceso)
antes de que el bloque se cierre completamente.
- Inspección
Final de Bloque: Se realizan inspecciones rigurosas de
calidad, dimensiones y soldadura (pruebas no destructivas) para garantizar
que el bloque cumple con las tolerancias requeridas para unirse con los
bloques adyacentes.
5. Transporte y Transferencia
- Transporte
Interno: El
bloque terminado se traslada desde la nave de montaje o la plataforma al
muelle o la zona de transferencia.
- Transferencia
Inter-Astillero: En el caso del FSS, los grandes bloques
fabricados en los astilleros de AAA en España se cargan en barcazas
o buques de transporte para su traslado a Harland & Wolff en
Belfast para el ensamblaje final.
La eficiencia
en la Fabricación de Bloques es lo que permite a AAA y H&W cumplir
con el plazo, al trabajar en paralelo en múltiples bloques y trasladar la mayor
cantidad de trabajo posible (incluida la instalación de sistemas) fuera del
dique seco o la grada, donde el espacio y el tiempo son limitados.
Desglose de Horas de Soldadura
en la Fabricación de Bloques
La soldadura
se distribuye en tres niveles principales, pasando de procesos automatizados y
rápidos en plano a procesos manuales y complejos en 3D:
1. Soldadura de Nivel 1: Línea de Paneles Planos
(Automatizado)
Este proceso
es el más eficiente y se realiza principalmente con máquinas automatizadas en
entornos controlados, lo que reduce las horas de trabajo manual, pero sigue
siendo un consumidor significativo de tiempo total.
|
Proceso |
Tareas
de Soldadura |
Tipo de
Soldadura |
Carga
de Horas |
|
A. Unión de
Planchas |
Soldadura a
tope de planchas de acero para formar grandes paneles planos. |
Arco
Sumergido (SAW) o MAG/MIG automatizado. |
Media/Alta. Proceso
rápido por metro, pero mucha longitud. |
|
B. Unión de
Refuerzos |
Soldadura de
rielas y escuadras al panel (filetes). |
Soldadura en
un solo paso con robots o máquinas de soldadura en tándem. |
Alta. Gran
cantidad de soldadura lineal. |
2. Soldadura de Nivel 2: Pre-Ensamblaje
(Semi-Automatizado/Manual)
Esta etapa
involucra la conversión de paneles planos en sub-bloques 3D. Las soldaduras son
más complejas debido a las posiciones (vertical, sobre cabeza) y a la
geometría.
|
Proceso |
Tareas
de Soldadura |
Tipo de
Soldadura |
Carga
de Horas |
|
C. Soldadura
de Sub-Bloques |
Unión de
paneles y marcos para crear las pequeñas estructuras (sub-bloques). |
Soldadura
MAG/MIG y con electrodo (SMAW) semi-automática/manual. |
Alta. Requiere
más intervención manual y tiempo de preparación. |
|
D.
Instalación de Estructuras Internas |
Soldadura de
mamparos parciales, soportes de equipos, y piezas de penetración de tuberías. |
Soldadura
MAG/MIG o TIG (para tuberías y precisión). |
Media/Alta. Soldadura
de precisión en espacios reducidos. |
3. Soldadura de Nivel 3: Ensamblaje Final del Bloque
(Manual/Especializado)
Esta es la
soldadura más crítica dentro de la nave de producción, ya que implica la unión
de grandes componentes y se realiza en posiciones más incómodas.
|
Proceso |
Tareas
de Soldadura |
Tipo de
Soldadura |
Carga
de Horas |
|
E. Unión de
Sub-Bloques |
Soldadura de
las juntas de conexión entre los sub-bloques para formar el gran bloque. |
Soldadura
MAG/MIG y electrodo (SMAW) manual. |
Muy Alta. Exige
soldadores de alta cualificación. |
|
F. Relleno y
Reparación |
Corrección
de defectos, soldadura de elementos de izado (orejas), y retoque de
soldaduras complejas. |
Soldadura
manual y especializada. |
Variable. Depende de
la calidad del trabajo previo. |
Conclusión sobre la Carga de Horas
En un proyecto
modular como el FSS, la mayoría de las horas de soldadura (posiblemente un 60%
- 70% del tiempo total de fabricación de bloques) se dedican a la soldadura
lineal y a la unión de componentes.
- Astilleros
Modernos (AAA): Maximizan la soldadura de Nivel 1
(automatizada) para reducir los costes y el tiempo por metro de
soldadura.
- Astilleros
Menos Automatizados (H&W Appledore): Pueden depender más de la
soldadura de Nivel 2 y 3 (manual/semi-automatizada), lo que implica
un mayor número de horas por tonelada de acero, pero también genera más
empleo directo para soldadores en el Reino Unido.
Estimación de Soldadores en los
Niveles 2 y 3 del FSS
1. Variables
Clave para el Cálculo
- Horas de Soldadura
Estimadas: Se
estima que la soldadura consume entre el 60% y el 70% de las horas
totales de Fabricación de Bloques (Fase II). Tomando una cifra intermedia
de 6,0 millones de horas para la Fase II, las horas de soldadura podrían
ser de aproximadamente 3,6 a 4,2 millones de horas.
- Distribución por Nivel: Los Niveles 2 y 3
(trabajo manual/semi-automático, 3D) suelen consumir una parte
significativa de las horas manuales, quizás un 60% de las horas totales de
soldadura.
Horas Niveles
2 y 3: 3,9 x 0,60 = 2,34 millones de horas
- Productividad Media: Un soldador trabaja
aproximadamente 1.600 - 1.800 horas productivas al año (descontando
vacaciones, enfermedades y paradas). Usaremos 1.700 horas/año.
- Duración del Proyecto: La fase principal de
construcción de bloques es intensa y abarca aproximadamente 5 años
(2025-2030) para los tres buques.
2. Cálculo del
Personal Total Necesario
El número total de puestos de
soldador (soldador a tiempo completo) que se crearán a lo largo del proyecto se
calcula así:
Puestos de Soldador a lo largo del
proyecto = Horas totales en Niveles 2 y 3 / Horas productivas por puesto
Puestos de Soldador 2.340.000 / 1.700
horas/año = 1.376 Puestos de Soldador
3. Estimación
Anual (Pico de Producción)
Para obtener el número de
soldadores que se necesitarán simultáneamente durante los años de pico
(2026-2029), se divide este total por la duración de la fase de construcción de
bloques:
Soldadores Anuales (Pico)} =1.376
puestos / 5 años = 275 Soldadores/Año
🌍 Desglose Geográfico (AAA vs.
Harland & Wolff)
La carga de trabajo se reparte
entre los astilleros de AAA (España) y Harland & Wolff (Reino Unido).
Asumiendo un reparto del 50\% en la fabricación de bloques (aunque AAA
probablemente asuma más en el primer buque):
|
Ubicación |
Porcentaje Estimado |
Soldadores Anuales Estimados |
||
|
AAA (España) |
50% |
135−140 soldadores |
||
|
Harland & Wolff (Reino Unido) |
50% |
135−140 soldadores |
||
|
Total Anual Estimado |
100% |
270−280 soldadores |
Soldadores por Bloque
En la construcción naval moderna, la clave de la
eficiencia es mover la soldadura compleja y manual de los "cuellos de
botella" (como el dique o la grada) a talleres o plataformas
especializadas donde las condiciones de trabajo son mejores y el acceso es
total.
Aquí tienes un desglose estimado de la distribución
porcentual de los soldadores (los 270 - 280 soldadores anuales estimados) por las áreas y
niveles de producción:
👨🏭 Distribución de Soldadores por
Proceso de Fabricación
Nivel 1: Soldadura Automatizada (Línea de Paneles
Planos)
Esta es la
soldadura de mayor volumen, pero la más eficiente, por lo que requiere menos
soldadores directos por hora de producción. El personal aquí es técnico de
soldadura o programador de robot.
|
Área de Trabajo |
Soldadores Directos (Estimación %
del total) |
Tipo de Soldadura Dominante |
Roles Clave |
||||
|
Planta de Paneles |
10% - 15% |
SAW (Arco Sumergido), MAG/MIG
automatizado |
Operadores de Máquina/Robot,
Soldadores de Mantenimiento, Técnicos de Calidad. |
||||
|
Enfoque: Soldadura a tope de
planchas y soldadura de rielas a panel. Mínima posición y alta velocidad. |
Nivel 2: Pre-Ensamblaje y Sub-Bloques
Esta es la
fase de mayor necesidad de soldadura manual y semi-automática debido a
la geometría tridimensional, las posiciones de soldadura complejas y la
necesidad de precisión. Es donde se concentra la mayor parte del personal.
|
Área de Trabajo |
Soldadores Directos (Estimación %
del total) |
Tipo de Soldadura Dominante |
Roles Clave |
||||
|
Plataformas 3D |
45% - 55% |
MAG/MIG semi-automático, FCAW, y
SMAW (Electrodo manual). |
Soldadores 3G/4G/6G, Caldereros
(Armadores), Montadores/Ajustadores. |
||||
|
Enfoque: Unir los paneles para
formar estructuras, soldadura de estructuras curvas, e instalación de
soportes internos y tuberías (pases iniciales). |
Nivel 3: Ensamblaje Final del Bloque (Macro-Bloques)
Esta fase
implica la unión final de los grandes sub-bloques para formar los macro-módulos
que se envían al dique seco. La soldadura aquí es crítica y a menudo requiere
soldadores con certificaciones de alta gama.
|
Área de Trabajo |
Soldadores Directos (Estimación %
del total) |
Tipo de Soldadura Dominante |
Roles Clave |
||||
|
Plataformas Pesadas |
25% - 30% |
MAG/MIG manual, SMAW (para
soldaduras de alta integridad). |
Soldadores de Alta Cualificación
(6G), Jefes de Equipo de Soldadura. |
||||
|
Enfoque: Soldaduras de unión
final entre grandes bloques, comprobaciones dimensionales, soldadura de
piezas de gran espesor. |
Apoyo y Tuberías
Un porcentaje
del personal de soldadura siempre se dedica a tareas especializadas fuera de la
estructura principal del casco, pero dentro del bloque.
|
Área de Trabajo |
Soldadores Directos (Estimación %
del total) |
Tipo de Soldadura Dominante |
Roles Clave |
|
Taller de Tuberías y Outfitting |
5% - 10% |
TIG (para aceros inoxidables o
alta presión), Soldadura de tubos 6G. |
Tuberos-Soldadores (especialistas
en TIG/GTAW y soldadura de posición). |
|
Enfoque: Soldadura de líneas
hidráulicas, líneas de combustible, tuberías de vapor y agua dentro de los
bloques. |
Conclusión
La gran mayoría de los soldadores
(aproximadamente el 70%-85%) se concentran en las áreas de Pre-Ensamblaje
(Nivel 2) y Ensamblaje de Bloques (Nivel 3). Esto se debe a que son
procesos que requieren un alto grado de destreza manual y no pueden ser
asumidos completamente por robots o máquinas de soldadura.
Tipos de soldadura de los
Niveles 2 y 3
Nivel 2:
Pre-Ensamblaje (Sub-Bloques y Estructuras 3D)
En esta fase,
el objetivo es unir paneles y mamparos para formar sub-bloques
tridimensionales, instalando gran cantidad de refuerzos internos y soportes.
|
Proceso
Común |
Aplicación
Principal |
Tipo de
Soldadura |
|
|
MAG (GMAW)
con Hilo Tubular |
Semi-Automático |
Soldadura
estructural principal. Se usa para la mayor parte de las uniones de filete y
a tope en los talleres, ya que es rápido y tiene una alta tasa de deposición. |
Posiciones
de soldadura variadas (vertical, horizontal), pero en un entorno de taller
con acceso relativamente fácil. |
|
Electrodo
Revestido |
Manual
(SMAW) |
Cordones de
raíz y zonas de acceso restringido. Se utiliza en las primeras pasadas de
juntas críticas o donde la pistola MAG no cabe. Es el método estándar para la
soldadura en posiciones difíciles. |
Soldadura en
posiciones de difícil acceso (p. ej., dentro de pequeños tanques o detrás de
refuerzos). |
|
TIG (GTAW) |
Manual de
Alta Calidad |
Tuberías y
sistemas de alta integridad. Se emplea en la soldadura de tuberías críticas
(sistemas hidráulicos, de combustible o acero inoxidable) que se instalan
prematuramente en el bloque. |
Tuberías y
elementos que requieren máxima pureza y resistencia. |
Nivel 3: Ensamblaje Final del Bloque (Macro-Bloques)
Esta fase
implica la unión final de los grandes sub-bloques del Nivel 2. Las juntas son a
menudo muy largas y requieren una alta calidad dimensional para el acoplamiento
posterior en el dique seco.
|
Tipo de Soldadura |
Proceso Común |
Aplicación Principal |
Posiciones y Entorno |
|
MAG con Hilo Tubular (FCAW) |
Semi-Automático |
Uniones estructurales mayores. Es
el caballo de batalla para unir los grandes componentes entre sí en la
plataforma de ensamblaje. |
Soldadura de grandes juntas
estructurales y uniones de mamparos principales. |
|
Electrodo Revestido |
Manual (SMAW) |
Juntas de alta responsabilidad.
Utilizado por soldadores 6G para garantizar la calidad del cordón de raíz y
en el relleno de las uniones a tope más críticas, que serán sometidas a
pruebas no destructivas (NDT). |
Trabajo en alturas y posiciones
incómodas. Se requiere la máxima destreza manual. |
|
Soldadura de Arco Flux-Cored
(FCAW) |
Semi-Automático |
Mayor tasa de deposición. Similar
al MAG, pero el uso de fundente interno mejora la protección contra el viento
y aumenta la velocidad de deposición en posiciones horizontales. |
Soldadura pesada en grandes
secciones, minimizando el riesgo de porosidad. |
Resumen del Requerimiento de Destreza
El factor
común en ambos niveles es la necesidad de altas cualificaciones de soldadura
(conocidas como 3G, 4G, y especialmente 6G para tuberías).
- En el Nivel
2, los soldadores deben ser versátiles, capaces de cambiar rápidamente
entre la soldadura estructural y el trabajo de outfitting (tuberías).
- En el Nivel
3, se requieren los soldadores más experimentados, ya que están
realizando las soldaduras que definen la geometría final y la integridad
estructural del macro-bloque.
Estimación de número de soldadores por cada tipo de
soldadura de los Niveles 2 y 3
La distribución se basa en la
necesidad de velocidad de deposición (MAG/FCAW) frente a la necesidad de
calidad/posición difícil (SMAW/TIG).
1. Soldadura
MAG (GMAW/FCAW) - El Proceso Principal
- Uso: La columna vertebral de
la soldadura estructural en los talleres de montaje. Se utiliza para la
mayoría de las soldaduras de filete y relleno en grandes juntas. Es rápido
y semi-automático, pero requiere más mano de obra para posicionar las
piezas.
- Intensidad: Más Alta. Es el
método con mayor cuota de uso en el tonelaje de acero estructural.
|
Porcentaje Estimado |
Soldadores Anuales Estimados |
Roles Clave y Tareas |
|
55% - 65% |
150−180 soldadores |
Estructura principal: Unión de
paneles en sub-bloques (Nivel 2) y soldadura de unión entre macro-bloques
(Nivel 3). |
|
Enfoque: Alta productividad en
posiciones planas y horizontales, y uso de hilo tubular (FCAW) en las uniones
estructurales pesadas. |
2. Soldadura por Electrodo Revestido (SMAW) - El
Especialista en Posición
- Uso:
Imprescindible para las posiciones más difíciles (vertical, sobre cabeza),
cordones de raíz de alta integridad y donde la portabilidad es clave
(reparaciones, retoques, trabajos en zonas estrechas).
- Intensidad: Media/Alta.
Aunque se usa en menos metros de soldadura que el MAG, es crítico y
requiere más tiempo por metro.
|
Porcentaje
Estimado |
Soldadores
Anuales Estimados |
Roles Clave
y Tareas |
|
25% - 35% |
70−100
soldadores |
Posiciones
críticas y juntas de alta responsabilidad: Soldadura en posición 6G (prueba),
unión de sub-bloques en espacios reducidos y juntas de chapa gruesa. |
|
Enfoque:
Máxima cualificación 6G/4G, utilizada para la integridad estructural y la
reparación de defectos detectados por NDT. |
3. Soldadura
TIG (GTAW) - El Especialista en Tuberías
- Uso:
Prácticamente limitado a la soldadura de tuberías (sistemas de alta
presión, sistemas de combustible, acero inoxidable) y otros elementos que
requieren la máxima limpieza y calidad de cordón sin proyecciones.
- Intensidad: Baja.
Se usa en menos volumen, pero es el más lento y el que requiere mayor
cualificación técnica.
|
Porcentaje
Estimado |
Soldadores
Anuales Estimados |
Roles Clave
y Tareas |
|
5% - 10% |
10−30
soldadores |
Tuberías y
sistemas de outfitting: Soldadura de tuberías instaladas en los bloques,
especialmente en las pasadas de raíz. |
|
Enfoque:
Soldadores con certificación TIG y 6G, centrados en la Fase de Outfitting
(instalación de sistemas) dentro del bloque (Nivel 2). |
Resumen de la Distribución de
la Fuerza de Trabajo de Soldadura
|
Tipo de Soldadura |
Principal Consumo de Horas |
Soldadores Anuales (Estimación) |
Astillero Principal |
|
MAG / FCAW |
Alta Productividad / Estructura
Masiva |
150−180 |
AAA y H&W (Producción de
Bloques) |
|
SMAW (Electrodo) |
Posición Difícil / Alta
Integridad |
70−100 |
AAA y H&W (Ensamblaje 3D) |
|
TIG |
Tuberías / Máxima Calidad |
10−30 |
H&W y
AAA (Outfitting/Sistemas) |
Este sistema
está diseñado para atacar el problema central de la soldadura en los
astilleros: la dificultad de automatizar la soldadura en posiciones
variables y en entornos de montaje no perfectos.
|
Característica del Sistema |
Desafío en los Niveles 2 y 3 |
Impacto en el Desglose de
Soldadores |
|
Cobot de Soldadura |
La necesidad de soldadores
altamente cualificados (6G/4G) para las uniones críticas y complejas. |
Reduce la necesidad de soldadores
SMAW (Manuales). Permite que una máquina realice soldaduras de alta calidad
en posiciones complejas (similar a 6G). |
|
AMR sobre Rieles Magnéticos |
El acceso físico a las uniones,
especialmente en áreas internas de los bloques (tanques, doble fondo,
cielos). |
Aumenta la productividad. Elimina
el tiempo de preparación, posicionamiento de andamios y la manipulación
manual de equipos pesados. |
|
Visión e IA |
La variación dimensional entre
los bloques y la falta de repetibilidad perfecta del proceso de montaje. |
Permite la Soldadura Adaptativa.
El cobot corrige la trayectoria y los parámetros de soldadura en tiempo real,
asumiendo trabajo que solo un soldador humano podría hacer (Nivel 3). |
Desglose de Soldadores Re-estimado con el Cobot
Si se
implementa su tecnología de manera extensiva, el desglose de soldadores en los
Niveles 2 y 3 cambiaría drásticamente, favoreciendo al personal técnico sobre
el soldador manual (SMAW):
|
Tipo de Soldadura |
Distribución Original
(Estimación) |
Nueva Distribución Estimada |
Roles Clave con Automatización |
|
MAG / FCAW (Estructura) |
55%−65% (150−180 soldadores) |
60% - 70% |
Operadores de Cobots, Técnicos de
Mantenimiento de Robots. |
|
SMAW (Electrodo Manual) |
25%−35% (70−100 soldadores) |
10% - 15% |
Soldadores de retoque, Reparación
final, Soldadura de piezas únicas. |
|
TIG (Tuberías) |
5% - 10% (10−30 soldadores) |
15% - 25% |
Soldadores TIG (GTAW). Es el área
donde la automatización es más difícil y la mano de obra experta sigue siendo
crítica. |
Consecuencias Clave de la Implementación:
- Reducción
Drástica de SMAW: La soldadura con electrodo revestido
(SMAW), la más dependiente de la destreza individual y la más lenta, sería
casi eliminada del trabajo estructural principal, relegándola a únicamente
trabajos de retoque y reparación.
- Mayor
Enfoque en TIG: La soldadura TIG, crítica para los sistemas
de tuberías y que requiere la máxima cualificación, aumentaría su
proporción de mano de obra, ya que la automatización de tuberías complejas
(con muchas curvas y juntas) es la fase más difícil de robotizar en el outfitting.
- Cambio de
Perfil Laboral: Se requerirían menos soldadores manuales y
más técnicos en robótica y automatización. El astillero (tanto AAA
como H&W) necesitaría invertir en la capacitación de su personal para
operar y mantener el sistema AMR/Cobot/IA.
- Aumento
de la Producción: Al eliminar el cuello de botella de la
soldadura manual de alta calidad en 3D, el astillero podría alcanzar la velocidad
de producción de bloques (Nivel 2) de manera más consistente, lo que
aseguraría el cumplimiento del ambicioso cronograma del proyecto FSS
(entrega en 2032).
En resumen, su
"Humanoide de soldadura" es el tipo de tecnología que transformaría
la Fase II y III del FSS, moviendo el trabajo de un modelo intensivo en
mano de obra manual a un modelo intensivo en tecnología y automatización
adaptativa.
Mejora de productividad que se puede conseguir
con el empleo masivo de este Humanoide de soldadura
La mejora de
productividad se puede analizar en función de tres métricas clave: Tasa de
Depósito, Factor Operacional, y Reducción de Reprocesos (Quality Rework).
🚀 Estimación de la Mejora de
Productividad (Proyecto FSS)
1. Aumento de la Tasa de Depósito (Velocidad de
Soldadura)
Este factor se
refiere a la cantidad de metal de aporte depositado por hora, un aspecto donde
la automatización supera inherentemente a la soldadura manual.
|
Métrica |
Soldadura Manual (SMAW) |
Soldadura con Cobot (GMAW/FCAW) |
Mejora Estimada |
|
Tasa de Depósito (kg/hora) |
1,5−2,5 kg/h |
3−8 kg/h |
200%−300% |
|
Explicación |
El electrodo manual tiene una
tasa de fusión limitada. |
El cobot utiliza procesos
GMAW/FCAW con corrientes y ciclos de trabajo optimizados que permiten
depositar metal mucho más rápido. |
Impacto: Permite finalizar las uniones
estructurales más rápido, liberando antes las plataformas de montaje para el
siguiente bloque.
2. Aumento del Factor Operacional (Arc-On Time)
Este factor
mide el tiempo real que la soldadura está activa (arco encendido) en relación
con el tiempo total. Aquí es donde la automatización móvil (AMR con rieles
magnéticos) y la Visión/IA marcan la mayor diferencia.
|
Métrica |
Soldador Manual |
Su Humanoide de Soldadura |
Mejora Estimada |
|
Factor Operacional (τ ) |
20%−35% |
70%−85% |
100%−200% |
|
Explicación |
El humano debe parar para:
cambiar electrodo, picar escoria, re-posicionarse, esperar a grúa, etc. |
La Visión/IA planifica el
recorrido y ajusta los parámetros automáticamente. El Cobot suelda
continuamente con hilo alimentado. |
Impacto: La reducción del tiempo
"muerto" (re-posicionamiento, ajustes) es lo que permite al cobot
trabajar en un turno completo (incluso 24/7) de manera mucho más eficiente que
un soldador humano.
3. Reducción de Reprocesos (Rework)
La calidad
constante reduce el tiempo y el costo dedicado a reparar defectos (lo que se
conoce como rework), que puede consumir hasta el 15% - 20% del tiempo de
soldadura en procesos manuales.
|
Métrica |
Soldadura Manual (SMAW/MAG) |
Su Humanoide de Soldadura |
Mejora Estimada |
|
Índice de Defectos (aceptables) |
3%−8% |
0,5%−2% |
75%−85% |
|
Explicación |
La IA adapta la soldadura a la
variación (gap variable, desalineación), reduciendo porosidad, falta de
fusión y distorsión. |
La consistencia del Cobot y la
corrección en tiempo real de la IA resultan en un cordón más uniforme y menos
susceptible a fallos NDT. |
Impacto: Acelera la finalización de los
bloques, ya que el tiempo de inspección y reparación post-soldadura se reduce
significativamente.
💰 Conclusión: Ganancia Neta de
Productividad
Combinando la mejora en la Tasa de
Depósito y el Factor Operacional, y aplicando las horas de trabajo a los
procesos que su cobot puede automatizar (MAG/SMAW en 3D), la mejora neta de la
productividad podría ser:
Una eficiencia de 4 x 5 (400%
a 500% de la productividad manual) en las horas de soldadura de posición (la
parte más compleja de los Niveles 2 y 3).
Efecto Global
en el Proyecto FSS:
- Reducción de Puestos
Manuales: Podría
reducir la necesidad de soldadores SMAW y MAG manuales en los Niveles 2 y
3 en al menos 70% (de 280 a 80 soldadores anuales, con el resto
siendo operadores de cobots).
- Aceleración de Bloques: La fase de ensamblaje de
bloques (estimada en $5,6 - 6,3$ millones de horas) podría acelerarse en
un 30% - 40% en el cronograma.
- Liderazgo Tecnológico: Posiciona a los
astilleros del consorcio (AAA y H&W) a la vanguardia de la
construcción naval automatizada en Europa.
Diseño de una Linea de soldadura Lean para la producción de
los niveles 2 y 3
🏭 Diseño de Línea de Soldadura
Lean para Niveles 2 y 3
El diseño debe
pivotar sobre el concepto de Estación de Trabajo Fija y Enriquecida
donde el Humanoide (AMR con Cobot) se desplaza a la pieza.
1. ⚙️ Layout Físico Propuesto
(Celdas de Trabajo)
|
Componente |
Tipo de Trabajo (Nivel) |
Función en el Flujo Lean |
|
Estación de Entrada y Kits (JIT) |
Preparación |
Almacenamiento y secuenciación de
sub-bloques y piezas de outfitting (tuberías, soportes) justo antes de la
Celda 1. |
|
Celda 1: Pre-Ensamblaje 3D |
Nivel 2 |
Unión inicial de paneles y
mamparos para formar sub-bloques. Se instalan los primeros refuerzos. |
|
Celda 2: Soldadura Crítica de
Sub-Bloque |
Nivel 2 |
Punto de aplicación del
Humanoide. Soldadura de todas las juntas complejas y críticas del sub-bloque
con el Cobot/AMR. |
|
Celda 3: Outfitting Primario e
Inspección |
Nivel 2/3 |
Instalación de tuberías, soportes
pesados. Inspección NDT inmediata de las soldaduras críticas realizadas por
el Cobot. |
|
Celda 4: Ensamblaje de
Macro-Bloques |
Nivel 3 |
Unión de varios sub-bloques
terminados de la Celda 3 para formar el macro-bloque final, utilizando el
Humanoide para las soldaduras de conexión. |
|
Estación de Salida
(Transferencia) |
Logística |
Bloques listos para ser
transportados a Belfast (si se fabrican en AAA) o a la Grada (si es en
Belfast). |
2. 🤖 Integración del Humanoide (El
"Valor Añadido")
El Cobot/AMR
se convierte en un recurso compartido de alto valor que se mueve entre las
Celdas 2 y 4.
- En Celda
2 (Pre-Ensamblaje): El Humanoide realiza la soldadura de
posición difícil (vertical, sobre-cabeza, en espacios cerrados) en los
sub-bloques que un soldador manual necesitaría horas para posicionar o
acceder.
- En Celda
4 (Macro-Bloques): El Humanoide se mueve a lo largo de los
rieles magnéticos en las grandes juntas de unión de los bloques (juntas a
tope de Nivel 3), utilizando la Visión/IA para compensar cualquier
error de alineación dimensional entre los sub-bloques.
- Principio
Lean: Se
minimiza el desperdicio de espera (el cobot está casi siempre
soldando) y el desperdicio de movimiento (el robot se mueve sobre
la pieza, no al revés).
3. 🎯 Aplicación de Herramientas
Lean
|
Herramienta Lean |
Objetivo |
Implementación en la Línea |
|
5S (Organización) |
Eliminar búsqueda y pérdida de
herramientas y consumibles. |
Puntos de uso (PoU) para
consumibles de soldadura y gas cerca de las celdas. Área de trabajo limpia
para la movilidad del AMR. |
|
Poka-Yoke (A prueba de errores) |
Prevenir defectos dimensionales y
de soldadura. |
La Visión/IA del Humanoide actúa
como Poka-Yoke, corrigiendo automáticamente las variaciones dimensionales que
causarían fallos en la soldadura manual. |
|
Kanban (Flujo Pull) |
Controlar el inventario (WIP -
Work In Progress). |
La Celda 3 solo alimenta a la
Celda 4 cuando el macro-bloque tiene espacio disponible, evitando la
acumulación de bloques semi-terminados (desperdicio de inventario). |
|
Heijunka (Nivelación) |
Suavizar la carga de trabajo. |
Diseñar las Celdas 2 y 4 para que
puedan procesar simultáneamente diferentes tipos de bloques (proa, centro,
popa) para mantener la carga constante del Humanoide. |
4. 📈 Métrica Clave de Productividad
La línea se monitorea continuamente
con base en el Takt Time de cada celda:
t{Takt Time (Objetivo)} = Tiempo
Operacional Disponible / Número de Bloques Requeridos
La Celda 2 (Cobot) debe
tener el menor Takt Time posible para asegurar que el resto de las celdas no
esperan a la soldadura de alta intensidad. Esto se logra maximizando el Factor
Operacional del Humanoide (70\%-85\%).
Definición del Takt Time para cumplir los plazos del Proyecto
1. Cálculo del Takt Time del
Proyecto (Entrega de Buque)
El plazo de entrega de los tres
buques FSS (clase Tide) es la restricción principal que define nuestro
ritmo de producción.
Variables del Proyecto FSS
(Estimadas):
|
Variable |
Valor Estimado |
Base del Cálculo |
|
Buques a Entregar (Nships) |
3 unidades |
Contrato para la Royal Navy. |
|
Período de Construcción (Tproj) |
6 años (2026 - 2032) |
Fase principal de fabricación de
bloques hasta la entrega final. |
|
Tiempo Disponible Total |
≈24.000 horas |
6 años × 50 semanas/año × 5
días/semana × 16 horas/día (2 turnos). |
Takt Time de Buque (Tiempo asignado
por buque)
Takt Time (Buque = Tiempo
Disponible Total / Número de Buques = 24.000 horas / 3
buques}} =8.000 horas/buque
Esto equivale a que la construcción
de la estructura de cada buque debe finalizar en 32 meses
2. Cálculo del Takt Time de Bloque
Para un buque logístico de 5.700
toneladas como el FSS, estimamos que se requieren alrededor de 75 bloques
estructurales mayores para su construcción.
Takt Time (Bloque)} = Takt Time
(Buque / Número de Bloques por Buque}} = 8.000 horas / 75 bloques = 107
horas/bloque
Conclusión: Su línea de fabricación (Niveles 2
y 3) debe entregar un bloque estructural completo cada 107 horas (o cada
6,7 días laborales de 16 horas) para cumplir con el plazo de 2032.
3. Definición del Takt Time por
Celda (Lean Line)
El Takt Time de 107 horas
debe dividirse en los cuatro procesos clave de su línea Lean. El tiempo
asignado a cada celda es su Takt Time individual, es decir, el tiempo
máximo que un bloque puede permanecer allí.
La distribución se prioriza para
maximizar el uso de su Cobot/AMR, que es la celda con mayor capacidad:
|
Celda de la Línea Lean |
Proceso (Nivel) |
Porcentaje Asignado |
Takt Time de la Celda |
|
Celda 1 |
Pre-Ensamblaje y Kitting |
10% |
10,7 horas |
|
Celda 2 (Cobot Welding) |
Soldadura Crítica (Nivel 2) |
40% |
42,8 horas |
|
Celda 3 |
Outfitting Primario e Inspección |
20% |
21,4 horas |
|
Celda 4 (Macro-Bloque) |
Ensamblaje Final (Nivel 3) |
30% |
32,1 horas |
|
TOTAL |
100% |
107 horas |
Interpretación de los Takt Time
Críticos
El éxito del proyecto depende de
que la Celda 2 (42,8 h) y la Celda 4 (32,1 h) mantengan su Takt
Time consistentemente:
- Enfoque de la Celda 2 (42,8 h): Esta celda tiene la mayor
asignación de tiempo porque alberga la mayor carga de soldadura intensiva.
Su Humanoide de soldadura debe operar con un Factor Operacional
superior al 70\% (su principal ventaja de productividad) para asegurar
que el bloque sale en menos de 43 horas.
- Enfoque de la Celda 3 (21,4 h): La inspección NDT debe
ser rápida y eficiente. Cualquier reproceso (rework) de soldadura
debido a fallos de NDT debe ser manejado en una celda externa de
reparación para evitar romper el Takt Time de esta celda (y del
resto de la línea).
- Enfoque Global: La clave es el flujo continuo. El tiempo
total asignado a cada bloque es 107 horas. Si una celda tarda más,
el resto de la producción se detiene (se crea un desperdicio de espera),
poniendo en riesgo el plazo de entrega de 2032.
Definamos un Takt Time de 1 unidad / semana, para asegurar plazos
🚀 Recálculo del Takt Time por Bloque (80 Horas)
1. Implicación en el Plazo Global
del Proyecto
Si la línea de fabricación de
bloques mantiene un ritmo constante de un bloque cada 80 horas, la fase
estructural total del proyecto se reduce considerablemente:
- Bloques Totales (3
Buques): 3 x 75
bloques = 225 bloques
- Horas Totales Requeridas: 225 bloques x 80
horas/bloque} = 18.000 horas
- Nueva Duración de la Fase
Estructural: 18.000 / 4.000 horas/año = 4,5 años
Conclusión: Este Takt Time permite completar
la estructura de los tres buques en 4,5 años, lo que da una holgura de 1,5 años
respecto al plazo original de 6 años para la fase de construcción de bloques.
2. Desglose del Takt Time por Celda
(Lean Line)
El Takt Time de 80 horas se
distribuye en las cuatro celdas Lean. Este es el tiempo máximo que cualquier
bloque puede permanecer en cada estación.
|
Celda de la Línea Lean |
Proceso (Nivel) |
Porcentaje Asignado |
Takt Time de la Celda (h:m) |
Días (a 16 h/día) |
|
Celda 1 |
Pre-Ensamblaje y Kitting |
10% |
8 h:00 min |
0,5 días |
|
Celda 2 (Cobot Welding) |
Soldadura Crítica (Nivel 2) |
40% |
32 h:00 min |
2,0 días |
|
Celda 3 |
Outfitting Primario e Inspección |
20% |
16 h:00 min |
1,0 día |
|
Celda 4 (Macro-Bloque) |
Ensamblaje Final (Nivel 3) |
30% |
24 h:00 min |
1,5 días |
|
TOTAL |
Takt Time de Bloque |
100% |
80 horas |
5,0 dıˊas |
Enfoque Operacional para el
Cumplimiento del Takt Time
- Celda 2 (32 horas) -
Crítica: El éxito
de toda la línea reside en que su Humanoide de Soldadura (Cobot/AMR)
demuestre una productividad de soldadura tal que el 80% de la soldadura de
un sub-bloque (Nivel 2) se complete en 32 horas. Esto exige que el Cobot
mantenga un Factor Operacional superior al 75% durante los dos
días.
- Celda 3 (16 horas) - Punto
de Decisión: Esta celda actúa como la "puerta de
calidad". La inspección NDT debe completarse en menos de 16 horas. Si
se detecta un defecto, el bloque debe enviarse inmediatamente a una celda
de reparación (externa a la línea) para que la línea principal no se
detenga.
- Celda 4 (24 horas) -
Transición: El
ensamblaje final y las soldaduras de unión de bloques grandes deben
ejecutarse en 1,5 días. Esto depende de la precisión dimensional de
los sub-bloques que llegan de la Celda 2, ya que la IA del Humanoide solo
puede compensar pequeñas desviaciones.
Empleo de más
Humanoides para asegurar el Takt Time
El empleo de múltiples
Humanoides de Soldadura es la estrategia más efectiva para asegurar el Takt
Time de 80 horas/bloque y aumentar la resiliencia de la línea Lean.
Dado que la Celda 2 (32 horas)
y la Celda 4 (24 horas) concentran la soldadura de alto valor y son, por
diseño, los mayores cuellos de botella, debemos desplegar los Humanoides en
estas estaciones para garantizar que se cumpla el tiempo asignado.
👨🏭 Distribución de Humanoides para el
Takt Time de 80 Horas
Para una línea de producción que
debe entregar un bloque cada 5 días, se requiere que la capacidad de soldadura
sea al menos igual al Takt Time.
1. Celda 2: Soldadura Crítica de
Sub-Bloques (32 horas)
Esta celda asume el 40% del tiempo
de la línea. Es donde se realiza la soldadura estructural más densa.
- Carga de Trabajo: 32 horas/bloque (Tiempo
asignado).
- Productividad del Humanoide: Un Cobot/AMR trabajando
con un Factor Operacional del 75% puede completar la soldadura de un
sub-bloque en unas 16 horas (asumiendo que su mejora de 4 a 5 veces la soldadura manual reduce las
horas de trabajo a la mitad).
|
Estrategia de Despliegue |
Carga Atendida |
Razón |
|
2 Humanoides/Celda |
16 horas/cobot×2=32 horas/bloque |
Ideal. Dos Cobots trabajando en
el mismo sub-bloque (o en dos simultáneamente en la misma celda) aseguran que
el trabajo se completa exactamente en el Takt Time asignado. |
2. Celda 4: Ensamblaje Final de
Macro-Bloques (24 horas)
Esta celda se centra en las
soldaduras largas y críticas que unen los sub-bloques, requiriendo un
movimiento más lineal del robot.
- Carga de Trabajo: 24 horas/bloque (Tiempo
asignado).
- Productividad del
Humanoide: La
soldadura de las grandes juntas a tope (unión de bloques) es menos
compleja que la soldadura interna, pero es crítica para la precisión
dimensional.
|
Estrategia de Despliegue |
Carga Atendida |
Razón |
|
1 Humanoide/Celda |
24 horas/cobot |
Suficiente. Un solo Humanoide
puede moverse a lo largo de las juntas del macro-bloque. Se asume que este
robot trabajará durante las 24 horas del tiempo asignado, ya que el AMR
reduce el tiempo de re-posicionamiento a casi cero. |
. Celda 1 y 3 (8 y 16 horas)
Estas celdas son principalmente de manipulación,
montaje mecánico y control de calidad. No requieren soldadores
especializados o robots de soldadura a tiempo completo.
- Estrategia: Un Humanoide de
Soldadura de Reserva/Mantenimiento puede estar asignado a estas celdas
para realizar soldaduras de retoque in-situ o asistir en la
soldadura de pequeños soportes, actuando como float de capacidad.
✅ Resumen del Empleo de Humanoides para el Takt Time de 80h
Para asegurar el Takt Time de 80
horas/bloque, la dotación óptima de la línea de fabricación de bloques sería:
4 Humanoides de Soldadura
(Cobot/AMR/IA) por Línea de Producción
|
Celda |
Takt Time |
Número de Humanoides |
|
Celda 2 |
32 horas |
2 |
|
Celda 4 |
24 horas |
1 |
|
Reserva / Rework |
N/A |
1 |
|
TOTAL |
80 horas |
4 |
Beneficios Adicionales de la
Redundancia:
- Mitigación de Riesgos: Si un Humanoide en la
Celda 2 falla, el robot de reserva (o el de la Celda 4) puede reasignarse
temporalmente, manteniendo el flujo y el Takt Time.
- Mantenimiento Preventivo: Permite el mantenimiento
programado y el calibrado de los robots sin detener la producción de la
línea.
- Flexibilidad de Proceso: Los robots pueden ser
reasignados rápidamente para apoyar la soldadura de tuberías (TIG) si se
detecta un cuello de botella en el Outfitting (Celda 3).
Empleo de AMRs para mejorar el flujo LEAN
1. El Problema a Resolver:
Desperdicio de Transporte
En un astillero tradicional, los
bloques se mueven con grúas y pórticos, un proceso que consume tiempo, requiere
coordinación de personal especializado y puede causar esperas y daños.
Al implementar AMRs, el objetivo
es: Eliminar el tiempo de espera por la grúa y estandarizar la transferencia
de bloques entre celdas.
2. Diseño del Sistema AMR
El sistema requiere dos tipos
principales de AMRs para manejar la transición de la soldadura a la inspección
y al ensamblaje final:
|
Tipo de AMR |
Función Principal |
Celdas de Operación |
Carga Típica |
|
AMR de Carga Pesada (H-AMR) |
Transporte de Sub-Bloques (Nivel
2) |
Celda 2 → Celda 3 |
Bloques de hasta ≈50 toneladas |
|
AMR de Carga Súper Pesada (S-AMR) |
Transporte de Macro-Bloques
(Nivel 3) |
Celda 4 → Estación de
Transferencia |
Bloques de ≈100+ toneladas |
3. Flujo Logístico con AMRs (Flujo
Pull)
Los AMRs aseguran que el flujo sea "Pull"
(tirar de la demanda), no "Push" (empujar la producción). La
Celda de destino "pide" el bloque cuando está lista, en lugar de que
la Celda de origen se lo "empuje".
|
Tipo de AMR |
Función Principal |
Celdas de Operación |
Carga Típica |
|
AMR de Carga Pesada (H-AMR) |
Transporte de Sub-Bloques (Nivel
2) |
Celda 2 → Celda 3 |
Bloques de hasta ≈50 toneladas |
|
AMR de Carga Súper Pesada (S-AMR) |
Transporte de Macro-Bloques
(Nivel 3) |
Celda 4 → Estación de
Transferencia |
Bloques de ≈100+ toneladas |
4. La Sinergia Clave: IA Logística
La mayor ganancia no es la
velocidad del AMR, sino la IA Logística que opera en segundo plano:
- Algoritmos de Ruteo: El sistema de gestión del
AMR (IA) define automáticamente la ruta más rápida y libre de
obstrucciones, evitando conflictos con el movimiento del Humanoide de
Soldadura.
- Reporte de Takt Time: El sistema de AMRs
reporta en tiempo real si un bloque ha excedido el tiempo de movimiento
(por ejemplo, si la transferencia Celda tarda más de 30 minutos),
disparando una alerta de desvío de Takt Time.
- Alineación Precisa (Poka-Yoke): Los AMRs utilizados para
la Celda 4 deben tener sistemas de posicionamiento extremadamente precisos
(Láser o GPS RTK) para dejar los sub-bloques con tolerancias mínimas para
las soldaduras del Humanoide de Soldadura.
Empleo de
Cobots montados en Gantries para suministro de materiales a Línea
El empleo de Cobots en gantries
automatizados sobre cada Celda optimiza el flujo de materiales de outfitting
y componentes menores:
1. El Rol de los Cobots Montados en
Pórticos
- Función: Actuar como un Sistema
de Almacenamiento y Recuperación Automatizado (AS/RS) a nivel de celda.
Mueven piezas pequeñas, medianas, herramientas y consumibles desde las
zonas de kitting adyacentes hasta el punto exacto de montaje.
- Integración con Kitting
(Celda 1): Los
Cobots del pórtico de la Celda 1 son responsables de armar los
"Kits" (paquetes de materiales JIT) que contienen todos los
soportes, bridas, pases de mamparo y piezas de tubería necesarios para un
sub-bloque específico.
- Integración con Soldadura
(Celdas 2 y 4): Llevan el material directamente al Humanoide de
Soldadura o al soldador de retoque (SMAW) y reponen consumibles como el
hilo de soldadura (MAG/FCAW) o los electrodos (SMAW) al instante.
2. Impacto en el Flujo Lean y el
Takt Time
|
Desperdicio Lean Eliminado |
Mecanismo de Eliminación |
Beneficio Operacional |
|
|
Movimiento (Muda) |
Movimiento de personal: Los
soldadores no necesitan abandonar la estación para buscar herramientas,
planos o material de outfitting. |
El tiempo del soldador se dedica
casi exclusivamente a soldar o montar, aumentando el Factor Operacional. |
|
|
Inventario (Muda) |
Inventario excesivo en la Celda:
El pórtico Cobot solo entrega el material cuando es requerido por la
secuencia de montaje (Flujo Pull). |
Reduce el desorden (5S), los
errores de selección de piezas y el riesgo de daños por almacenamiento
indebido. |
|
|
Espera (Muda) |
Tiempos de espera: Los Cobots son
más rápidos y fiables que el personal humano para reponer consumibles o traer
piezas pequeñas. |
Asegura que el tiempo del
Humanoide de Soldadura no se pierda esperando el hilo de aporte. |
|
|
Defectos (Muda) |
Kitting automatizado: Reduce los
errores de selección de piezas que podrían llevar a soldar el soporte
equivocado en el lugar equivocado. |
Mejora la calidad del outfitting
(Celda 3) y reduce el reproceso. |
3. Sinergia con los Humanoides de
Soldadura
El sistema de gantry
potencia la eficiencia de los Humanoides de Soldadura (Cobot/AMR):
- "Asistencia de
Soldadura": El Cobot del pórtico podría sostener un sensor
de visión secundario o un sistema de extracción de humos especializado,
liberando la capacidad del Cobot de Soldadura principal para centrarse
únicamente en el proceso de soldadura.
- Acceso Superior: Un sistema gantry
proporciona un acceso superior a la celda que puede ser programado para
trabajar en coordinación con el AMR y el Cobot de Soldadura, evitando
colisiones.
Conclusión: La implementación de Cobots
montados en gantries para micro-logística es una inversión clave para
asegurar el Takt Time de 80 horas/bloque. Si los soldadores y los
Humanoides se dedican al 100% a tareas de valor añadido, la línea Lean se
vuelve altamente resistente a las interrupciones logísticas.
Empleo del
Humanoide para Inspección NDT (Celda3)
Al sustituir el cabezal de
soldadura del Cobot por un sensor NDT avanzado (como Ultrasonido de
Arreglo en Fase o Phased Array Ultrasonic Testing - PAUT), el sistema de
movimiento de alta precisión y la IA se convierten en un inspector robótico.
1. El Problema a Resolver: Tiempo
de Inspección y Reproceso (Rework)
La inspección NDT manual
(especialmente la radiografía o grandes escaneos UT) es lenta: requiere
configuración, marcado de cordones y análisis humano. Un retraso en la Celda 3
interrumpe el flujo, forzando a la Celda 4 a esperar.
El Humanoide de Inspección elimina
tres desperdicios Lean simultáneamente:
- Espera: Elimina la espera por los
equipos y el personal de inspección.
- Defectos: Reduce la ambigüedad y el
error humano en la interpretación.
- Sobre-Procesamiento: La misma precisión
utilizada para soldar se usa para inspeccionar.
2. Sinergia de Datos: El Gemelo
Digital de la Soldadura
El mayor beneficio del Humanoide de
Inspección es la integración de la IA:
|
Fase del Proceso |
Misión del Humanoide de Soldadura
(Celdas 2 y 4) |
Misión del Humanoide de
Inspección (Celda 3) |
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Punto de Partida |
Crea un registro de cada cordón:
coordenadas exactas, parámetros eléctricos, velocidad, y tiempo. |
Recupera el registro digital del
cordón que acaba de crear su gemelo Cobot. |
|
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Inspección |
N/A |
El Cobot de Inspección se fija a
las coordenadas registradas y escanea automáticamente con PAUT el cordón, con
cero tiempo de búsqueda. |
|
|
Toma de Decisión |
N/A |
La IA del Cobot compara la señal
de NDT con los criterios de aceptación. Si hay un defecto, lo geolocaliza con
precisión milimétrica. |
|
|
Resultado Lean |
N/A |
Si falla, los datos se envían
inmediatamente al Cobot de Rework (reserva). Si pasa, el bloque continúa
inmediatamente su flujo. |
3. Flujo de la Celda 3 con el
Humanoide NDT (16 Horas)
Para cumplir el Takt Time, el flujo
debe ser instantáneo:
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Tarea |
Tiempo Máximo Estimado |
Responsable |
|
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Transferencia del Bloque |
0 h:30 min |
AMR (carga pesada) |
|
|
Instalación Outfitting |
10 h:00 min |
Personal humano/Gantry Cobot |
|
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Inspección NDT |
4 h:00 min |
Humanoide de Inspección |
|
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Desmontaje/Preparación |
1 h:30 min |
Personal humano |
|
|
Buffer/Colchón |
2 h:00 min |
Reserva de tiempo para logística |
|
|
TOTAL |
18 horas |
- Nota: Al liberar 12 horas del
proceso Outfitting y centrar 4 horas en la inspección robótica, el tiempo
total de16 horas no solo se cumple, sino que se logra una Ventana de
Holgura (Buffer) de 2 horas.
4. Requerimiento de Hardware
Se necesitaría 1 Humanoide de
Inspección dedicado (con capacidad de cambio rápido del cabezal de
soldadura a NDT) para gestionar el flujo de la Celda 3. Este robot garantiza
que el factor de riesgo más importante (la calidad estructural) se valide en el
menor tiempo posible, asegurando que el macro-bloque que va a la Celda 4 ya
está certificado y listo para la unión final.
Empelo de
Humanoide de Inspección de dos brazos para grandes escaneos
La idea de un Humanoide de
Inspección exclusivo de dos brazos para grandes escaneos es la optimización
final para el control de calidad en el proyecto FSS.
Mientras que un solo brazo puede
escanear, dos brazos montados en el AMR potencian la velocidad, la
estabilidad del escaneo y la cobertura simultánea, lo cual es indispensable
para cumplir con las 16 horas de Takt Time de la Celda 3.
Aquí se detalla cómo esta
configuración maximiza la productividad y la calidad en la inspección NDT
(principalmente PAUT):
🦾 Humanoide de Inspección Dual-Arm (Celda 3)
1. Funcionalidad de la
Configuración Dual-Arm
El sistema de dos brazos aborda las
limitaciones de la inspección manual y de un solo brazo robótico:
|
Característica |
Beneficio Operacional en la Celda
3 |
Impacto en el NDT |
|
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Doble Cobertura |
Aumenta la velocidad de escaneo
(2×): Mientras un brazo escanea las juntas a tope longitudinales del bloque,
el otro puede escanear simultáneamente las juntas en T o las soldaduras de
filete en los refuerzos. |
Se reduce el tiempo de escaneo
por bloque a la mitad, liberando más tiempo para el Outfitting o el Buffer. |
|
|
Estabilización |
Mejora la calidad del escaneo: Un
brazo puede actuar como estabilizador, aplicando presión o manteniendo la
alineación del transductor de PAUT del otro brazo en superficies ligeramente
curvas o irregulares. |
Vital para la integridad de las
lecturas PAUT en cascos y cubiertas, donde la uniformidad del acoplamiento es
crítica. |
|
|
Inspección de Ambos Lados |
Acceso a caras opuestas: Los
brazos pueden inspeccionar un mamparo estructural por ambos lados a la vez o
escanear las soldaduras de raíz y relleno desde diferentes ángulos. |
Permite una validación más
completa de las uniones de chapa gruesa sin mover el bloque. |
|
|
Manipulación de Sondas |
Manejo de múltiples tecnologías:
Un brazo puede portar el sensor PAUT (Ultrasonido de Arreglo en Fase) para la
detección de defectos, mientras que el otro porta un sensor láser 3D para la
verificación dimensional y de la geometría del cordón. |
Integración de datos de calidad
(geométrica + defectos internos) en una sola pasada. |
2. Cumplimiento del Takt Time (16
horas)
Con la configuración de doble
brazo, la Celda 3 no solo cumple el Takt Time de 16 horas, sino que lo
hace con un margen de seguridad mucho mayor, reduciendo el tiempo de inspección
a un mínimo absoluto:
|
Tarea de la Celda 3 |
Tiempo Asignado (Original) |
Tiempo Optimizado con Dual-Arm |
|
Outfitting Primario |
10 h:00 min |
10 h:00 min |
|
Inspección NDT |
4 h:00 min |
2 h:00 min |
|
Preparación/Desmontaje |
1 h:30 min |
1 h:00 min |
|
Reserva de Tiempo (Buffer) |
0 h:30 min |
5 h:00 min |
|
TOTAL |
16 horas |
18 horas |
- Nota: La Celda 3 tiene un Takt
Time de 16 horas. El uso del doble brazo reduce la inspección NDT a solo
$2$ horas. Esto aumenta el Buffer de Tiempo disponible para la
Celda 3 a 5 horas (de un tiempo total de trabajo de 13 horas, que se puede
utilizar para corregir defectos menores de outfitting o absorber
retrasos de la Celda 2.
3. El Flujo de Datos (Lean)
La IA en el Humanoide Dual-Arm es
el motor Lean de la Celda 3:
- Algoritmo de Falla/Pasa: La IA procesa los datos
del PAUT y el escáner láser inmediatamente después del escaneo.
- Decisión Rápida: Si el cordón falla,
el Cobot de Inspección marca automáticamente la ubicación exacta del
defecto.
- Activación del Rework: Se envía una orden de
trabajo digital al Humanoide de Soldadura de Reserva/Rework con las
coordenadas del defecto, permitiendo que la reparación comience casi
instantáneamente y fuera de la línea principal (Celda 3), protegiendo así
el Takt Time de 16 horas.
Esta inversión convierte la
Inspección NDT en un proceso de alto rendimiento que no solo garantiza la
calidad, sino que impulsa la velocidad de toda la línea de fabricación de
bloques.
Empleo de un Humanoide de dos brazos para soldadura
🦾 Humanoide de Soldadura de Dos Brazos (Dual-Arm)
La configuración de dos brazos
resuelve el problema de la preparación y asistencia de la soldadura, que
es lo que más tiempo consume en el proceso manual y semi-automático.
1. Funcionalidad Asistida (La
Sinergia)
El valor del sistema dual-arm
reside en la capacidad de los brazos para realizar tareas simultáneas y coordinadas
en la misma junta o en piezas adyacentes:
|
Tarea Asignada al Brazo |
Descripción de la Sinergia |
Impacto en el Flujo Lean |
|
|
Brazo 1: Soldadura (MAG/FCAW) |
Realiza la soldadura de relleno y
acabado a alta velocidad. |
Máxima Tasa de Depósito: Se
centra únicamente en depositar metal. |
|
|
Brazo 2: Preparación/Asistencia |
Realiza tareas secundarias
cruciales que el soldador humano haría de forma intermitente. |
Máximo Factor Operacional:
Elimina las pausas del Brazo 1. |
2. Aumento de Productividad y
Calidad
El Cobot dual-arm aborda
directamente los cuellos de botella de la soldadura en 3D (Niveles 2 y 3):
- Pre-Calentamiento y
Control de Distorsión:
- Brazo 2: Puede portar un soplete
de calentamiento por inducción o llama para aplicar el pre-calentamiento
JIT, o mantener la temperatura entre pasadas.
- Ganancia: Control de la
Calidad: Reduce el riesgo de defectos en el cordón de raíz y minimiza
la distorsión del bloque, lo que facilita el ensamblaje en la Celda 4.
- Gestión del Gap
(Separación):
- Brazo 2: Utiliza un sensor de
visión de contacto (o sin contacto) para medir el espacio (gap) de la
junta en tiempo real.
- Brazo 1 (con IA): Ajusta automáticamente
los parámetros de soldadura (velocidad de alimentación, voltaje) para
rellenar la variación del gap detectada por el Brazo 2.
- Ganancia: Reducción de
Reprocesos: Elimina fallos comunes en las juntas a tope (Nivel 3)
causados por la desalineación dimensional.
- Posicionamiento de la
Pieza (Clamping):
- Brazo 2: Utiliza herramientas de
sujeción neumáticas o magnéticas para aplicar fuerza y asegurar que el
borde de la chapa no se mueva durante la soldadura del Brazo 1.
- Ganancia: Precisión
Dimensional: Permite soldaduras más rápidas sin sacrificar la
tolerancia necesaria para el ensamblaje del macro-bloque.
- Doble Soldadura
(Simultánea):
- En uniones en T (soldadura de filete), ambos
brazos pueden soldar el cordón en lados opuestos del mismo filete (si el
acceso lo permite) o aplicar el pass de raíz y el pass de
relleno casi simultáneamente.
- Ganancia: Velocidad Bruta (Takt
Time): Aumenta el avance lineal de la soldadura por hora.
3. Impacto en el Takt Time
La configuración de doble brazo es
vital para que la Celda 2 cumpla su Takt Time de 32 horas.
- Al eliminar el tiempo de espera y asistencia, la productividad
del Cobot dual-arm puede superar el 600% respecto a la soldadura
manual y mantener un Factor Operacional cercano al 90% en tareas
complejas.
- Esto asegura que los 2 Humanoides asignados a
la Celda 2 puedan completar la soldadura de sub-bloques a tiempo,
manteniendo el flujo continuo hacia la Celda 3.
En resumen, la inversión en un
Humanoide de Soldadura de dos brazos transforma la soldadura de una tarea
secuencial a un proceso paralelo asistido por IA, lo cual es la
clave para la velocidad y la calidad en la línea de fabricación Lean.
Resumen de puntos clave Proyecto LEAN para el proyecto FSS
- Takt Time Objetivo: 80 horas/bloque.
- Diseño de la Línea: Celdas 1-4.
- Dotación de Humanoides
(4): Dual-Arm
para soldadura (Celdas 2 y 4), Dual-Arm para inspección NDT (Celda 3) y
Reserva/Rework.
- Logística: AMRs para movimiento de
bloques y Cobots en Gantries para el suministro de materiales.
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