Empleo
Los vehículos guiados automáticamente (AGV) son un pilar fundamental de la logística interna actual y el perfecto complemento de los almacenes automáticos. Sin estas máquinas no es posible hablar con propiedad de un flujo automático de materiales integral. Sin embargo, todavía hoy, la instalación de un AGV es cara y compleja de implementar, además de muy poco flexible en su versión filoguiada. El avance de la tecnología punta como el láser y los sistemas de información puede cambiar rápidamente esta tendencia.
Desde su introducción, hace ya más de dos décadas, los AGV han sufrido un espectacular avance, extendiendo su campo de aplicación más allá de las típicas funciones de movimiento de mercancías paletizadas en almacenes automáticos, para llegar a las áreas de fabricación de automóviles, a la industria farmacéutica o a la textil, por citar algunos ejemplos. Estos vehículos son especialmente adecuados en entornos con un flujo de materiales continuo y repetitivo, considerando también la circunstancia de cargas muy valiosas que requieren de un manejo preciso y sin sobresaltos.
Hoy en día se pueden encontrar en configuraciones de todo tipo, totalmente automáticas o semiautomáticas, para cargas paletizadas, bobinas, tubos o planchas, con capacidades de carga que van desde los 900 kg hasta más de 5.000 kg, y múltiples sistemas de recogida y entrega de carga, tales como rodillos, transferencia por cadenas, horquillas, etc.
La pregunta que aquí nos haremos es si el vertiginoso avance de la tecnología ha influido en este tipo de maquinaria y de qué forma. Es un hecho que más allá de las partes mecánicas e hidráulicas, gran parte de los componentes de un AGV se basan en técnicas muy sofisticadas que han experimentado un gran desarrollo en los últimos tiempos. De entre los subsistemas que componen estas máquinas, hemos elegido el sistema de navegación y el de gestión de tráfico como los que mayormente están evolucionando.
El sistema de navegación filoguiado
Uno de los aspectos relevantes para el control y gestión de un AGV es saber en todo momento dónde se encuentra. Una máquina rodante de varias toneladas en movimiento debe anticiparse a las curvas y a los puestos de entrega, reduciendo su velocidad con la suficiente antelación, acelerando en los tramos rectos para aumentar la productividad e incluso recordando dónde se ubican eventuales irregularidades del suelo para tomar las debidas precauciones a fin de mantener la estabilidad de la carga.
Por supuesto, siempre debe garantizarse que no existe la más mínima posibilidad de que se salga de su recorrido e impacte contra un operario, ya que de ser así, en un paso de reducidas dimensiones, las consecuencias podrían ser gravísimas.
El sistema de navegación filoguiado es una técnica robusta y de gran fiabilidad. Consiste en enterrar un hilo conductor en el pavimento a 2,5 cm de profundidad, cuyas frecuencias son seguidas por una antena, unida a su vez a un motor de precisión montado sobre una rueda direccional del AGV.
Cabe aclarar que la energía para mover la máquina no viene del suelo, sino de unas baterías internas, que se cargan al finalizar su autonomía.La intensidad que requiere mover una máquina de tal peso, hace inviable su alimentación dinámica desde el suelo. Tampoco se puede plantear una solución aérea de alta tensión por motivos obvios de incompatibilidad con las operaciones.
Esta técnica descrita no permite la precisión de posicionamiento necesaria, ya que el cálculo de la distancia recorrida desde un punto de partida se realiza contando el número de vueltas de la rueda delantera (odometría), lo cual pierde exactitud conforme la distancia aumenta.
Es, así pues, necesario confirmar la posición cada cierto espacio y periodo de tiempo mediante pequeños imanes que son enterrados en el suelo y reconocidos por la máquina a lo largo de su recorrido. Esto, unido al cálculo odométrico, supone un método casi perfecto para que el sistema de información del vehículo conozca su posición con toda exactitud.
Tal sistema de navegación ha sido el estándar durante muchos años y aún sigue teniendo una gran vigencia. Existe una gran experiencia en su implementación y resulta de una gran fiabilidad una vez bien afinado, siendo a su vez de un mantenimiento relativamente simple y económico.
El mercado demanda otras alternativas
Aún con el general reconocimiento de la robustez y fiabilidad del sistema filoguiado, es indudable que el mercado está interesado en otras alternativas. Cualquier ingeniero que haya colaborado en un proyecto para el transporte interno automatizado de materiales conoce sobradamente la frecuente variación de las especificaciones originales, bien en su inicio o a los pocos meses de su implantación.
No sólo el camino más optimo para transportar la mercancía puede ser difícil de determinar con toda exactitud desde un principio. Factores como la existencia de curvas demasiado cerradas, pasos excesivamente estrechos o, incluso, la necesidad de desviaciones para la carga de baterías o hacia el gálibo, no contempladas en un principio, unidos a las prisas por poner en marcha el proyecto, convierten fácilmente el pavimento de la planta en un bosque de incisiones.
Aunque éstas no sean muy profundas (2,5 cm) y casi siempre se sellan perfectamente, no dejan de ser un inconveniente poco estético que, a la larga, deteriora el suelo, sobre todo si una zona concreta conflictiva se perfora una y otra vez. Además, hay que considerar que la radiofrecuencia que emite el hilo, puede comportarse puntualmente de forma impredecible, obligando al ingeniero a un proceso de prueba y error en un tramo concreto, con el consiguiente esfuerzo humano, retraso en los plazos de entrega y el susodicho impacto en la superficie. No es nada extraño pues que la dirección de la empresa se muestre cada vez más receptiva a alternativas más limpias, que no degraden el suelo y que permitan una mayor flexibilidad en el trazado.
Sistemas ópticos de guiado
Las primeras alternativas a los sistemas filoguiados fueron las diferentes variantes de sistemas optoguiados. En lugar del hilo conductor enterrado en el suelo que es captado por una antena, el proceso de guiado óptico se basa en el seguimiento por la rueda de dirección de una raya pintada en el suelo o de unas bandas adhesivas de funcionamiento similar.
Alternativamente, se han planteado sistemas ópticos fundamentados en códigos digitales (ver figura 1) marcados en el pavimento sin una dirección concreta, que reorientan la máquina cuando pasa por ellos en función de las directrices ordenadas por el software. Un breve análisis de estas técnicas muestra que pueden ser perfectamente válidas en plantas de superficies muy extensas donde pequeñas variaciones en el recorrido de los carros no son muy significativas.
Ni que decir tiene que utilizarlas en dependencias donde los AGV en ciertos puntos circulan con una separación entre sí o de la pared de muy pocos centímetros puede considerarse una temeridad. Por tanto, no es fácil que el guiado óptico pueda desbancar a la técnica filoguiada para plantas de dimensiones ajustadas, que son la gran mayoría, si tenemos en cuenta el importante radio de giro de una máquina de estas características.
El sistema de guiado por láser
Después del filoguiado, el sistema láser es probablemente el que más se ha utilizado y está en franco aumento día a día. El principio en el que se basa no es muy diferente del de las cintas métricas electrónicas, cada vez de un uso más extendido por los profesionales para medir las dimensiones de un local o habitación, aunque con un funcionamiento justo a la inversa.
Conocida la distancia en base a tres referencias con respecto al punto del local en el que se sitúa la máquina, se puede conocer con detalle su posición por triangulación. De ello se encarga un medidor de distancia por láser, similar conceptualmente al sencillo modelo manual antes descrito, pero ubicado en un sistema rotatorio que barre permanentemente la estancia en busca de referencias de posición.
Dichas referencias son pequeños cuadrados adhesivos de material reflectante situados en las paredes y en objetos ubicados en puntos concretos del recorrido. En definitiva, se trata del mismo sistema de posicionamiento espacial que utiliza el murciélago, sustituyendo los ultrasonidos por la extrema exactitud del láser.
Las ventajas de este sistema frente al filoguiado son evidentes, ya que los ingenieros pueden delimitar la ruta de la máquina con toda exactitud en base a pequeños ajustes de las referencias reflectantes; el láser y la odometría se encargan de que no exista la más mínima holgura en el trazado, en tanto la base de las referencias permanezca inmóvil, como es de esperar en las paredes de una construcción.
El sistema de navegación inercial
La tecnología alternativa al guiado por láser es utilizar un sensor inercial o giroscopio, que determina los cambios en la dirección del AGV, conjuntamente con una medida de la distancia recorrida por la rueda motriz (odometría). Los errores que se puedan producir en el posicionamiento son corregidos por pequeños imanes distribuidos a lo largo del recorrido, que establecen puntos fijos de control, al igual que se realiza con el sistema filoguiado.
Frente al sistema de guiado por láser, el sistema inercial es una tecnología relativamente más robusta y compacta, ya que no depende de referencias externas para su funcionamiento, que puedan ser eventualmente obstruidas por otros vehículos o personas. A cambio, obliga a perforar el pavimento para situar los imanes, además de requerir un perfecto calibrado del giroscopio de navegación.
La gestión del tráfico
Con independencia de la solución elegida para la navegación, una parte fundamental del sistema de transporte por AGV es el sistema empleado para gestionar las rutas de cada máquina, dependiendo del número de ellas en funcionamiento y de las órdenes en curso.
Conforme la longitud del recorrido es más larga y el número de transacciones y AGV en juego aumenta, la programación del plan de operaciones más idóneo se parece cada vez más a una partida de ajedrez, donde será necesario anticipar varias jugadas para ganar o, en este caso, conseguir la máxima productividad. Situaciones como las que una máquina ceda el paso a otra para circular por una zona de anchura limitada o prever que una de ellas vaya al área de carga deberán ser tenidas en cuenta por el sistema de control.
Son dos los modelos que se utilizan universalmente para la gestión del tráfico de los AGV:
- Control centralizado: un ordenador central controla el movimiento de cada vehículo en el sistema, al que indica permanentemente la velocidad, camino y paradas que debe realizar en su recorrido, en función de la situación del resto de los AGV. En el caso de que su ruta coincida con la de otro en un momento dado, es el sistema central el que se encarga de asignar las prioridades de paso, en beneficio de la productividad y la seguridad del conjunto.
- Control descentralizado: cada vehículo incorpora su propia unidad de control, que está programada para obtener el máximo rendimiento operativo. En caso de que dos AGV se aproximen a un punto de intersección, se comunicarán entre ellos para decidir quién debe ceder el paso a quién, en función de su situación dinámica.
De un somero análisis de las ventajas e inconvenientes de ambos modelos, se puede deducir que con el centralizado es más fácil optimizar las operaciones de todos los vehículos, aunque a cambio de un intercambio intensivo de información hacia ellos a través de un sistema de comunicación por radiofrecuencia. Esto convierte al modelo en muy sensible a posibles interferencias que pudieran producirse en cualquier punto del recorrido. Por supuesto, una avería del ordenador central paralizaría totalmente el tráfico.
Por el contrario, el modelo descentralizado únicamente precisa del intercambio de información para el envío de las órdenes de transporte a los vehículos, así como la comunicación entre ellos en caso de coincidencia en algún punto del recorrido.
La optimización no es tan perfecta como en el caso anterior, pero, a cambio, se obtiene una mayor autonomía y tolerancia a fallos, ya que basta cualquier sistema semiautomático alternativo que sea capaz de mandar órdenes a los AGV para que todo siga en funcionamiento. Es por este motivo que el modelo descentralizado es el más utilizado en la actualidad, en gran parte favorecido por el progresivo avance y miniaturización de los dispositivos informáticos.
Conclusiones y tendencias tecnológicas de los AGV
Sin duda, como ya hemos destacado en un principio, son los costes, los plazos de ejecución y la flexibilidad los que influyen decisivamente en optar por una u otra solución, siempre garantizando la fiabilidad y la seguridad de la instalación.
Hasta aquí, hemos revisado las diversas técnicas en las que se asienta el funcionamiento de los AGV, tanto para la navegación como para la gestión del tráfico. Si sobre esta base, observamos cuáles son las tendencias del mercado, se obtienen unas conclusiones que definen perfectamente el futuro de estos sistemas.
Por un lado, las técnicas de navegación no atadas a un recorrido prefijado (en inglés, free-range) serán la tendencia a seguir. Cada vez son más las industrias que precisan reacondicionar sus instalaciones para abordar nuevos proyectos, incluso en plazos de tiempo muy cortos, por lo que es muy deseable que el transporte interno se pueda rediseñar de forma dinámica, sin que sea necesario abordar una larga y costosa obra de reforma en el recorrido de las guías enterradas en el pavimento. La tecnología basada en la navegación por láser e incluso la centrada en sensores inerciales parecen cumplir plenamente con estos requerimientos.
Por otro lado, los complejos sistemas de control de tráfico, basados casi exclusivamente en autómatas, tenderán a ser sustituidos de forma progresiva por tecnologías más fáciles de adaptar y empaquetar en módulos de software reutilizables. Cada vez será más habitual la instalación de ordenadores estándar basados en microprocesadores de tipo Pentium o Athlon a bordo de los AGV, relegando los autómatas a las funciones básicas de navegación y control de la máquina.
Sobre esta tendencia, puede iniciarse un ciclo en el que empresas cada vez más pequeñas se interesen por estos sistemas, produciéndose una bajada de los costes que aumente la demanda en consecuencia. Para ello, en la línea antes descrita, es necesario que se den las condiciones de flexibilidad y estandarización que estas nuevas tecnologías están trayendo a este tipo de maquinaria.
Finalmente, sólo comentar que la ecuación para que esto se produzca se basa en un sencillo cálculo de amortización de una inversión de estas características. Si se compara el coste estimado actual de un AGV, cercano a los 180.000 euros (con un prorrateo del coste de la instalación de suelo y los sistemas de control, para un número aproximado de tres vehículos), con el importe de una carretilla convencional más el sueldo de un conductor, se pueden obtener plazos de amortización cercanos a los 20 años.
Esta inversión, por tanto, sólo es atractiva para empresas muy grandes en las que el coste del producto a transportar o consideraciones de automatización logística de orden superior obligan a decantarse por esta solución. El salto tecnológico desde el hilo enterrado y el PLC hacia el láser y los microordenadores, unido a la estandarización y la flexibilidad serán la llave para un aumento de la demanda y la consiguiente bajada de los precios que democratice este tipo de maquinaria.
Fuente: Carmelo Pérez, socio director de Netchallenge Consulting