IA y RX para controlar la calidad del calzado
Autores: Carlos Vélez García, Jesús Arregui de Juan-Gutiérrez, Pedro Manuel López Sánchez, María Dolores Fabregat Periago. INESCOP (Centro Tecnológico del Calzado)
La normativa en seguridad y calidad en calzado es cada día más estricta y las empresas del sector carecen de un sistema capaz de evaluar la disposición interna del producto durante su proceso de fabricación, más allá de una revisión visual externa por parte de un operario. En este contexto, INESCOP, en el marco del proyecto QRAIS, cuya financiación ha sido solicitada al IVACE+i, trabaja en el desarrollo de un sistema de detección de defectos en la estructura interna del calzado mediante visión artificial y rayos X, el cual pueda integrarse en el sistema de producción de las empresas valencianas.
La fabricación de calzado requiere un proceso de mano de obra intenso y complejo. Para llevarlo a cabo de forma efectiva, las fábricas de calzado se organizan alrededor de cadenas de montaje, en las cuales cada par de zapatos pasa por varias manos expertas durante las distintas etapas de producción, desde el corte inicial hasta el ensamblaje final y envasado.
Este sistema de organización permite que cada etapa de la cadena actúe como un control de calidad de la etapa previa. En este sistema los operarios, especializados en sus respectivas funciones, dedican unos segundos a inspeccionar táctil y visualmente los zapatos, para asegurar que no presenten desperfectos antes de proceder con su tarea y devolverlos a la cadena.
Además, en la etapa final de envasado se presta una atención minuciosa a los detalles del acabado. Entre otras tareas, por ejemplo, se limpian con delicadeza las posibles manchas del proceso de producción para asegurar un producto impecable, ya que la apariencia y presentación de un par de zapatos influyen significativamente en la percepción de calidad del consumidor, orientando así su decisión de compra.
Sin embargo, la percepción de calidad inicial que construye el consumidor evoluciona con el uso del calzado y pasa a depender en mayor medida de otros factores como son el confort, la seguridad, la durabilidad o su tiempo de vida útil. Aunque estos factores también están estrechamente relacionados con la calidad del proceso de fabricación, sus condicionantes negativos pueden pasar desapercibidos en los controles de calidad mencionados previamente, al quedar ocultos en el interior del producto. Por ejemplo, existe un riesgo potencial de caída o lesión cuando un tacón se rompe debido a la ausencia de un clavo de fijación mientras alguien camina. Del mismo modo, una grapa mal colocada u olvidada en el interior del calzado puede causar heridas en el usuario al calzarse el zapato o llegar a manifestarse tras su uso.
Es precisamente por este tipo de defectos que la normativa, tanto nacional como internacional, es cada vez más restrictiva en cuanto al producto defectuoso que no debe ser introducido en el mercado. Especialmente cuando estos defectos representan un potencial peligro de daños o lesiones para el usuario. Además, no se trata solo de las posibles sanciones económicas que puede acarrear una infracción de este tipo. Vivimos en la era digital, donde la velocidad y propagación de la información permite que cualquier incidente sea expuesto de manera rápida y global, intensificando las consecuencias negativas para la imagen y reputación de una marca.
Conscientes y comprometidos con este problema, marcas y fabricantes han tratado de adoptar medidas y protocolos de buenas prácticas en su fabricación para minimizar, en la medida de lo posible, el uso de elementos potencialmente peligrosos. A pesar de estos esfuerzos y, debido a las complejas construcciones, muchas veces dictadas por las exigencias de la moda, sigue siendo inevitable el empleo de elementos metálicos, como grapas o clavos que sirvan como soporte o fijación entre las distintas piezas. Por este motivo, algunos fabricantes han comenzado a introducir máquinas de rayos X como el último eslabón de su cadena de producción. Sobre el papel, el proceso es sencillo: escanear el calzado ya en su envase cerrado, garantizando así que la calidad y estructura interna del calzado sea completa y que ningún elemento peligroso esté presente en el producto antes de su almacenaje y distribución.
La inteligencia artificial al servicio de las personas
Pero en la práctica, la inclusión de máquinas de rayos X supone un cuello de botella para las fábricas, ya que los tiempos necesarios para realizar un control de calidad efectivo son más lentos que los ritmos de producción. Esto provoca que los pares de calzado envasados se amontonen rápidamente a la entrada del túnel de rayos X o que solo se llegue a realizar el control sobre una parte proporcional de toda la producción, asumiendo los riesgos que eso conlleva.
Además, analizar las imágenes de rayos X es una tarea tediosa, estresante y muy exigente mentalmente para el operario de control de calidad. Aunque la probabilidad de que aparezca un defecto es muy pequeña, las consecuencias de que este pase desapercibido son graves, lo que requiere de una gran responsabilidad, concentración y atención a los pequeños detalles. Para minimizar los riesgos, los operarios se turnan en periodos de treinta minutos a una hora.
En INESCOP son conscientes del desafío, y por ello, desde el departamento de Automatización y Robótica investigan, junto con marcas y fabricantes de calzado, cómo revolucionar el proceso de inspección y control de calidad mediante la implementación de tecnología avanzada. En concreto, el proyecto QRAIS continúa una línea de investigación para implementar un proceso automático de control de la calidad interna del zapato, permitiendo evaluar de forma no destructiva el 100 % de la producción total una vez que el calzado ha sido fabricado y envasado para su distribución.
Para lograr esto y liberar al operario de la tediosa tarea de inspección, estamos desarrollando una inteligencia artificial (IA) que combina técnicas de aprendizaje auto supervisado y visión por computador para analizar de forma automática las imágenes de rayos X en busca de posibles defectos. Al poner la inteligencia artificial al servicio de los operarios, su atención solo será necesaria para gestionar incidencias en lugar de mantener la atención de forma continuada, mejorando así significativamente las condiciones ergonómicas del puesto de trabajo.
QRAIS: un prototipo instalado en fábrica
Actualmente, el proyecto se encuentra en fase de prototipo funcional y se combinan etapas de desarrollo y validación en entorno de fabricación real, gracias a la participación en el proyecto de empresas colaboradoras. Integrando el prototipo de forma temprana en la fábrica conseguimos tres objetivos fundamentales para el éxito del proyecto.
En primer lugar, la obtención masiva de datos, en este caso imágenes de rayos X de calzado envasado al ritmo que se produce, lo que permite entrenar algoritmos de detección basados en aprendizaje profundo más precisos. En segundo lugar, en esta fase donde el operario humano y el sistema de inteligencia artificial trabajan en paralelo, conseguimos validar en el entorno real si las predicciones que realiza el sistema de inteligencia artificial son correctas y coinciden con la opinión del operario. Por último, y quizás lo más importante, la inclusión del sistema con una parte más del proceso de fabricación está permitiendo que la experiencia de usuario al utilizar el sistema sea definida por los propios operarios de fábrica.
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