Las ventajas inesperadas de la automatización robótica

Para ver por qué Stabiltec compró un robot, ni siquiera tiene que caminar dentro de la planta. Afuera de las instalaciones de producción de la compañía en Parks, Louisiana, un letrero prominente que dice "Ahora contratando" enumera a los "maquinistas de CNC" en la parte superior de la lista de puestos vacantes. Es casi seguro que el letrero permanecerá allí mientras continúen los negocios sólidos en la industria del petróleo y el gas, el mercado al que sirve Stabiltec. La empresa instaló un robot como una forma de mantener alimentadas sus máquinas-herramienta mientras usaba sus recursos laborales limitados de la manera más eficiente posible, porque el empleador no puede cubrir todos los puestos de fabricación calificados que estarían justificados por la actividad comercial actual.

De hecho, el copropietario de la empresa, Keith Boutte, dice que es casi seguro que la planta comprará otro robot. Los beneficios inesperados del paso de la empresa a la automatización han hecho que la inversión sea significativamente más rentable de lo que cualquiera de estos hombres esperaba.

Demasiado simple para personal calificado

Stabiltec fabrica una gama de herramientas de fondo de pozo para la perforación de petróleo y gas. Esa gama en sí misma es parte de lo que distingue al fabricante. La empresa que se convertiría en Stabiltec se fundó hace 25 años, pero una serie de adquisiciones en los últimos 3 años la han convertido en un fabricante único no solo de componentes para perforar el pozo, sino también de hardware de diagnóstico para medir y evaluar la agujero.

La perforación direccional es una especialidad. Stabiltec proporciona las piezas mecanizadas para los sistemas de perforación de petróleo y gas que ingresan al suelo verticalmente, pero alcanzan las reservas subterráneas horizontalmente a través del arco gradual del taladro. El Sr. Boutte diseña los componentes del sistema de perforación direccional de acuerdo con las diversas necesidades de los diferentes OEM que ofrecen productos de perforación direccional.

El desafío en la fabricación de estos componentes es que algunas de las piezas exigen un mecanizado especializado. Las secciones de carcasas subterráneas que se doblan hasta 3 grados se mecanizan mediante operaciones de torneado que requieren configuraciones inusuales en el torno. Específicamente, después de enderezar un extremo de la pieza, el otro extremo se gira para "torcerse" deliberadamente por medio de una configuración que se desvía de la línea central. Por lo tanto, en estos componentes se mecaniza deliberadamente una cantidad de descentramiento y desviación del paralelismo que se consideraría un error extremo en la mayoría de las piezas torneadas. Los operadores calificados tienen que ejecutar piezas como estas.

El problema de Stabiltec era que estos empleados calificados escaseaban, y otros trabajos de mecanizado les tomaban demasiado tiempo. Las piezas de transmisión fueron el principal ejemplo. Estas piezas son componentes de lo que es, en esencia, una junta universal que permite que la perforadora subterránea siga girando mientras se curva gradualmente. Las partes de la transmisión no son menos críticas ni menos valiosas que las secciones de la carcasa, pero las configuraciones de las partes de la transmisión son mucho más sencillas. Stabiltec estaba perdiendo demasiada capacidad de mano de obra debido al trabajo relativamente no calificado de maniobrar estas piezas en las máquinas herramienta usando una grúa aérea. Una vez que los gerentes de la empresa reconocieron que no podían satisfacer su necesidad de capacidad de mano de obra calificada a través de la contratación, decidieron liberar su capacidad de mano de obra existente mediante la automatización de pasos como este.

Pero, ¿cuál era la forma correcta de automatizar? La empresa dice que la automatización robótica no fue la primera opción que consideró.

Razones para una célula robótica

Aunque las piezas de transmisión varían considerablemente de un cliente a otro, lo que todas tienen en común es una combinación de torneado, fresado y taladrado. Por esta razón, los líderes de la empresa inicialmente pensaron que la multitarea sería la forma correcta de lograr un mecanizado más eficiente en mano de obra. Anteriormente, mecanizar cada pieza implicaba operaciones tanto en un torno como en un centro de mecanizado. Cambiar a una máquina capaz de tornear, fresar y taladrar en un ciclo dejaría solo una máquina herramienta en la que cargar la pieza. Por lo tanto, el papel del operador se reduciría.

Sin embargo, un análisis más detallado reveló que la multitarea no era la solución ideal para esta aplicación. Una deficiencia fue el costo. Debido a las operaciones de taladrado y mandrinado de orificios pasantes, la máquina necesitaría recorridos largos para acomodar herramientas largas. Una máquina multitarea lo suficientemente grande como para hacer el trabajo costaría lo mismo que el precio combinado que Stabiltec finalmente pagó por el robot, el torno y el centro de mecanizado que ahora hacen este trabajo.

Otra deficiencia fue el rendimiento. La máquina multitarea podía girar una pieza de trabajo o fresarla, pero no podía realizar ambas operaciones a la vez. Permitir que el trabajo quedara dividido entre un torno y un centro de mecanizado sería más productivo, porque las máquinas podrían realizar estas operaciones simultáneamente en diferentes piezas. La carga repetible del robot eliminaría el riesgo de errores de manejo o configuración típicos de los procesos que involucran varias máquinas.

El argumento final a favor de una célula robótica volvió a la capacidad laboral. Una máquina multitarea reduciría la necesidad de mano de obra, pero la máquina aún tendría un operador cargándola. Por el contrario, la celda robótica permitiría al taller prescindir de la mano de obra durante largos períodos de tiempo para mecanizar los componentes de la transmisión.

Ahora, estas piezas se ejecutan en una celda en la que un robot FANUC Robotics R-2000iB con una capacidad de 165 kilogramos carga y descarga un torno CNC Mighty USA Viper VT36CL-2000 y un centro de mecanizado vertical Haas VF-5XT. La compañía justificó toda la celda sobre la base de liberar a los operadores durante el día y continuar la producción durante la noche. Sin embargo, una vez que la celda estuvo en funcionamiento, la empresa comenzó a ver otras fuentes muy reales de recuperación de la producción automatizada.

Beneficios imprevistos

Esos beneficios adicionales incluyen todo lo siguiente:

1. Mejores precios para los contratos . Stabiltec está utilizando el robot en un modo de mezcla alta y volumen bajo. Las cantidades de pedido son a menudo tan pequeñas como 10 piezas. Sin embargo, cuando el taller tiene el lujo de operar una cantidad constante, la producción constante del robot permite que el taller prediga de manera confiable el tiempo y los costos. Esa previsibilidad permite un margen más estrecho. Como resultado, la diferencia de precios entre el mecanizado a corto plazo y la producción por contrato es mayor para la celda robótica que para cualquier otro recurso de producción. Sobre la base de los ahorros de precio, algunos clientes que nunca antes se habían comprometido con contratos de producción anual ahora lo han hecho con Stabiltec.

2. Incorporación más fácil . Al ampliar la capacidad de las piezas de transmisión, la célula robótica ha permitido a la empresa traer varias otras piezas que se habían subcontratado a los proveedores de vuelta internamente. Anteriormente, la empresa subcontrataba tanto el mecanizado que llevar este trabajo internamente aparentemente habría requerido algo así como seis máquinas nuevas y seis empleados nuevos para atenderlas. La célula robótica cambió esta imagen. La celda automatizada representa esencialmente una gran cantidad de capacidad potencial concentrada en un sistema compacto. Esta capacidad concentrada y simplificada puede absorber una gran cantidad de trabajo, lo que permite una gran cantidad de recursos internos.

3. Protección de la PI del cliente . Stabiltec no vende directamente a los campos petroleros; produce piezas para OEM. Eso significa que el taller tiene acceso a los diseños de los OEM antes que el resto del mercado. Mantener estos diseños cerca al limitar la subcontratación ayuda al taller a obtener la confianza del cliente. Por lo tanto, la capacidad de externalización que proporciona el robot no es solo una ventaja de eficiencia, sino también una ventaja de marketing.

4. Apertura más fácil a negocios adicionales . Las necesidades de mecanizado de los componentes de la transmisión los convirtieron en objetivos lógicos para la automatización, pero Stabiltec pronto descubrió que su lugar en el mercado también los hacía ideales para la producción en la celda robótica. Stabiltec es conocida por la perforación direccional y, a menudo, los OEM buscan a la empresa para producir sistemas de transmisión de perforación direccional con nuevos diseños. Producir este producto central de manera efectiva ayuda a la empresa a construir relaciones, y las relaciones a menudo conducen a oportunidades comerciales adicionales. En otras palabras:use la automatización para hacer el mejor trabajo posible en la parte que le pondrá el pie en la puerta.

5. Mayor flexibilidad . Puede parecer contradictorio, pero la compañía dice que las máquinas cargadas por robots son más flexibles que las que supervisan los empleados. Esto se debe a que el robot puede “aprender” un nuevo proceso de forma instantánea. Los humanos no hacemos esto. Un empleado humano debe recibir capacitación y hacer la transición gradualmente a un conjunto modificado de procedimientos, pero un robot se puede volver a implementar y reprogramar en un día, sin volver a tener hábitos obsoletos.

Tal cambio está a punto de suceder, dice. En este momento, gran parte del mecanizado de las piezas de transmisión se realiza en el torno. Con frecuencia, el centro de mecanizado se queda esperando. Por lo tanto, Stabiltec agregará un torno adicional para dividir el trabajo de torneado en esta celda. El robot será reprogramado para transferir trabajo entre estas tres máquinas en lugar de las dos actuales. Este nuevo torno no tendrá que ser tan grande como el actual porque todo el taladrado y mandrinado de herramientas largas permanecerá con esta primera máquina. Por lo tanto, por el precio de una máquina herramienta relativamente económica, el taller aprovechará aún más la productividad potencial de la celda automatizada.

Próximamente más capacidad

Es probable que la soldadura sea el próximo candidato para la automatización robótica, dice Boutte. De manera similar al mecanizado, ciertas operaciones de soldadura involucran tareas simples y repetitivas que alejan al empleado del trabajo de mayor habilidad. En el área de mecanizado, el robot ha demostrado el valor de automatizar estas tareas simples. De hecho, el único lugar donde el robot es como un empleado humano es en el sistema ERP Global Shop Solutions de la tienda. El taller le ha dado al robot un código de empleado dentro de este software para que pueda rastrear el rendimiento del robot como sustituto de la carga y descarga manual. Con base en este seguimiento, la empresa puede decir que el robot ha reducido el costo de mano de obra asociado con el mecanizado de piezas de transmisión en un 76 por ciento, al tiempo que ha aumentado la capacidad de mecanizado de piezas de transmisión en un 49 por ciento.

Aún queda más capacidad por ganar. Después de agregar el segundo torno, el Sr. Boutte dice que la limitación restante más importante será el espacio de piso. Que un factor tan simple pueda ser tan importante puede parecer sorprendente, pero en el caso de Stabiltec, esta limitación ha demostrado ser realmente limitante. En pocas palabras, hay mucho espacio para colocar el material al alcance del robot. Como resultado, este espacio dicta cuánta producción puede entregar la celda. De hecho, es debido a esta limitación que la celda aún tiene que funcionar durante 24 horas completas; en cambio, normalmente funciona de 16 a 20 horas en un día. Para superar este simple obstáculo, la compañía está explorando una solución simple:un sistema de bastidor vertical que aumentará drásticamente la producción de la celda.