¡Reemplazando los accionamientos tradicionales de un solo eje! ¿Cuánto costo pueden ahorrar las soluciones EtherCAT multi-eje a las empresas?

Por qué la arquitectura de unidades servo de múltiples ejes ofrece ahorros inmediatos en infraestructura

Eliminación de componentes redundantes: sin conmutadores externos, concentradores ni repetidores en cascada

Las unidades servo de múltiples ejes integran todas esas funciones de control en un solo paquete, en lugar de requerir toda esa infraestructura de red adicional que viene de serie en las antiguas configuraciones de un solo eje. Al integrar todo, ya no es necesario utilizar conmutadores, concentradores ni esos molestos repetidores en cadena. Dichos componentes solo complican el sistema, generan más puntos de fallo potenciales y terminan suponiendo un coste significativamente mayor para las empresas a lo largo del tiempo. Incorporar varios ejes dentro de una única unidad inteligente permite a los fabricantes ahorrar aproximadamente un 15 % a un 20 % únicamente en costes de componentes, al tiempo que reducen considerablemente la probabilidad de problemas de conexión en sus sistemas. Algunos informes sobre eficiencia en automatización han constatado, de hecho, que estos sistemas consolidados reducen las conexiones eléctricas en cerca de tres cuartas partes comparados con los enfoques tradicionales. Esto se traduce directamente en instalaciones más rápidas y en la eliminación de la preocupación por el mantenimiento de todo ese equipamiento de red adicional. Además, el diseño más sencillo reduce el tiempo necesario para la validación durante la puesta en marcha en aproximadamente un 40 % respecto al anterior.

Reducción del espacio en el armario y del cableado: Las unidades de doble y cuádruple eje reducen la huella del armario hasta un 60 %

Cuando se trata de sistemas de accionamiento, las configuraciones consolidadas reducen considerablemente la necesidad de infraestructura física. Los modelos de doble y cuádruple eje básicamente integran varios controladores de motor en una sola unidad, lo que puede liberar aproximadamente un 60 % más de espacio en el armario comparado con la instalación individual de accionamientos separados. Gracias a las configuraciones de bus de corriente continua compartido y los puertos de comunicación integrados, se requiere mucho menos cableado en general. Hablamos de una reducción del cableado entre un 70 y un 85 %, lo que significa menos canalizaciones atravesando paredes, menos trabajo de terminación en los puntos de conexión y, obviamente, ahorro de tiempo y dinero en la mano de obra de instalación. Según informan los técnicos de campo, los tiempos de instalación suelen acortarse aproximadamente un 30 %. Además, existen otros beneficios económicos: los armarios de control más pequeños implican materiales de envolvente más económicos, y la menor generación de calor reduce los requisitos de refrigeración para la instalación. Para los fabricantes que operan en espacios reducidos, estas soluciones compactas de accionamiento les permiten lograr resultados impresionantes con una relación de 3 ejes por pie cuadrado de superficie. Esto facilita considerablemente la expansión de las líneas de producción sin necesidad de realizar cambios importantes en las instalaciones existentes.

El rendimiento determinista de EtherCAT como palanca directa de ahorro de costes

Jitter submicrosegundo y relojes distribuidos que permiten la sincronización precisa de accionamientos servo multieje, reduciendo errores de movimiento y costosas repeticiones en el hardware

El sistema de relojes distribuidos de EtherCAT logra una sincronización de menos de un microsegundo, lo que prácticamente elimina los problemas de temporización que afectan al alineamiento en sistemas de movimiento multieje. Con este nivel de precisión, los errores de posicionamiento de los servomotores se reducen aproximadamente un 90 % en comparación con tecnologías anteriores de bus de campo, lo que significa menos repeticiones debidas a fallos de hardware y significativamente menos material desperdiciado. Los resultados en entornos reales también son impresionantes: las empresas del sector del embalaje han experimentado aproximadamente un 40 % menos de paradas relacionadas con el movimiento desde que adoptaron accionamientos servo basados en EtherCAT. Según el informe de 2023 del Instituto Ponemon sobre los costes de inactividad en la automatización industrial, esto se traduce en unos 740 000 dólares estadounidenses ahorrados anualmente en una única línea de producción.

Escalabilidad de la comunicación con un solo cable y un solo marco hasta más de 10 000 nodos, reduciendo el sobrecoste de comunicación por eje en aproximadamente un 70 %

La función de procesamiento en tiempo real de EtherCAT permite conectar en cadena hasta más de 65 000 dispositivos utilizando únicamente un solo cable cada vez que se conectan extremo a extremo. Esto sustituye las complejas configuraciones de red en estrella por una solución mucho más sencilla y que requiere considerablemente menos equipos en su conjunto. Las empresas informan ahorros del 60 al 80 % en cables comparados con las conexiones tradicionales punto a punto, además de reducir significativamente el tiempo que tardan los mensajes en recorrer el sistema. Los retrasos en la comunicación disminuyen a aproximadamente 30 microsegundos por cada mil puntos de entrada/salida, y los ingenieros dedican ahora cerca de la mitad del tiempo habitual a la configuración de estas redes. Grandes fabricantes también han obtenido resultados: algunos afirman que su carga de comunicación se redujo aproximadamente un setenta por ciento al escalar sistemas con más de diez mil nodos, sin necesidad de hardware adicional como conmutadores o repetidores. Estas mejoras se traducen en ahorros reales de dinero: una fábrica informó ahorros cercanos a los dos millones de dólares estadounidenses tras cinco años de operación con sistemas robóticos de alto número de ejes.

Coste Total de Propiedad: Unidad de Servomotor Multieje frente a Implementaciones de Bus de Campo Monoeje

Ahorro en cableado y mano de obra: 60–80 % menos de cable, canalización y terminaciones frente a CANopen/PROFIBUS

Cuando se trata de accionamientos servo de múltiples ejes, estos sistemas integran el control de aproximadamente 2 a 4 ejes dentro de una única unidad compacta. Esta configuración reduce significativamente la necesidad de infraestructura física. Hablamos de implementaciones que requieren entre un 60 % y un 80 % menos de cableado en comparación con los antiguos sistemas CANopen o PROFIBUS. ¿Qué significa esto? Ya no hay que arrastrar kilómetros de canalización, gestionar cientos de puntos de terminación ni lidiar con esos complejos arneses de cableado que antiguamente tardaban una eternidad en montarse. Tomemos como ejemplo una línea de producción típica de 50 ejes: los ahorros son bastante sustanciales, con unos 18 000 dólares estadounidenses ahorrados únicamente en costes de cableado de cobre. Y tampoco debemos olvidar el tiempo de mano de obra. Actualmente, los instaladores solo deben gestionar un cable de alimentación y un cable EtherCAT por accionamiento, en lugar de tender cables independientes para cada motor, como se hacía antiguamente con los sistemas heredados. Además, el montaje del armario eléctrico se completa mucho más rápido, reduciendo los tiempos de construcción entre un 40 % y un 65 %. Esto significa que todo queda operativo más rápidamente que nunca.

Factores ocultos que afectan el costo total de propiedad (TCO): tiempo de ingeniería, ciclos de validación, inventario de piezas de repuesto y mantenimiento a largo plazo

Más allá de los ahorros en hardware, los variadores servo multi-eje reducen los costos ocultos a lo largo del ciclo de vida operativo:

• Sobrecarga de ingeniería disminuye un 30–50 % gracias a topologías estandarizadas y menor programación personalizada
• Los ciclos de validación se acortan al eliminar los riesgos de integridad de señal derivados de las conexiones en cascada
• El inventario de piezas de repuesto se reduce un 60 %: un solo variador sustituye a 2–4 unidades monoaxiales
• El mantenimiento predictivo se simplifica mediante la supervisión centralizada del estado del sistema a través de los diagnósticos EtherCAT

Las instalaciones informan una reducción del 35 % en los costos anuales de mantenimiento debido a una menor cantidad de puntos de fallo. Las paradas no planificadas causadas por corrosión de conectores o daños en cables disminuyen notablemente, lo cual resulta crítico para industrias con altos requisitos de disponibilidad, como la del embalaje, donde cada hora de inactividad tiene un costo estimado de 740 000 USD (Instituto Ponemon, Informe de referencia sobre los costos de inactividad en automatización industrial , 2023).

Superación de las barreras de adopción: razones por las que los fabricantes de equipos originales (OEM) dudan —y cómo cerrar esa brecha

Aunque los estudios indican un ahorro total de costes entre el 35 y el 42 % al implementar accionamientos servo de múltiples ejes, muchos fabricantes de equipos originales (OEM) siguen encontrando dificultades para adoptar estos sistemas en toda su operación. Básicamente existen cuatro obstáculos principales que lo impiden. En primer lugar, está la complejidad de integrar nuevas tecnologías con equipos antiguos que utilizan distintos estándares de comunicación. A continuación, siempre surge la cuestión financiera, un tema que nadie desea abordar desde el principio: las inversiones iniciales parecen elevadas, sin que se observen retornos de la inversión visibles en cuestión de meses. Con frecuencia, los equipos de mantenimiento carecen de la formación adecuada en tecnología EtherCAT, lo que constituye otra barrera. Y no debemos olvidar la pesadilla de todos: las paradas de producción mientras se intenta modernizar máquinas existentes con esta tecnología más reciente. Todos estos factores combinados generan una seria reticencia, pese a los beneficios financieros a largo plazo que aguardan al final del túnel.

¿Cuál es el mejor enfoque? Empezar poco a poco, implementando los cambios primero en líneas de producción menos críticas. Esto permite a las empresas probar el funcionamiento de los nuevos sistemas antes de realizar una implantación total, lo que ayuda a reducir los riesgos potenciales. También resulta sensato colaborar con socios certificados: estos profesionales dominan la integración de nuevos sistemas y la formación adecuada del personal. Su experiencia en control de movimiento puede acelerar notablemente el proceso. Al analizar los costes a lo largo del tiempo, conviene destacar una ventaja clave de los variadores servo multi-eje frente a las opciones mono-eje: estudios indican ahorros del orden del 60 al 80 % únicamente en costes de cableado y mano de obra. Estos ahorros se acumulan rápidamente. La mayoría de los proyectos piloto que hemos observado suelen amortizarse en aproximadamente un año y medio, gracias a la reducción de necesidades de inventario y a la disminución de horas de mantenimiento dedicadas a la resolución de incidencias. Y no debemos olvidar tampoco los diseños modulares de los variadores: permiten sustituciones sencillas durante los períodos habituales de mantenimiento, sin necesidad de detener por completo la operación. Además, siguen siendo compatibles con equipos antiguos, por lo que no es necesario desechar aún lo que ya está instalado.