Trabajar con sistemas de integración internos

Nadie conoce mejor el negocio de uno que las personas que trabajan allí. La propiedad, la gerencia y los trabajadores se enfrentan a diario con las muchas ventajas y desventajas que componen todas y cada una de las empresas, especialmente aquellas empresas que intentan ganarse la vida en el mundo en rápida evolución de la fabricación de piezas mecanizadas de precisión.

Si bien hay muchos terceros ansiosos para ayudar a los talleres a hacer la transición a nuevas y mejores formas de fabricación, a veces las mejores respuestas pueden estar dentro de las cuatro paredes del taller. Eso resume una filosofía central en Vanamatic Company, ubicada en Delphos, Ohio.

Vanamatic es un fabricante de piezas mecanizadas de precisión de tercera generación y 90 empleados que se enorgullece de la autosuficiencia y las capacidades de resolución de problemas de la empresa. La gerencia primero busca respuestas internamente, involucrando a los empleados en el ejercicio de problema/solución y solo después busca los recursos externos necesarios para llenar cualquier vacío.

A lo largo de los años, el empleo de este enfoque de "hacer más con menos" ha demostrado que con un entorno que se centra en aprovechar primero el talento interno, las respuestas llegan más fácilmente y con el beneficio adicional de la aceptación de los empleados. Es una fórmula exitosa que ha permitido a la empresa capear muchas tormentas desde su fundación en 1954.

El último gran movimiento de integración de sistemas de la empresa implica la automatización de varias operaciones con el uso de robots colaborativos (cobots) que pueden trabajar de forma independiente o actuar como ayudantes en cooperación con un trabajador humano. Los cobots son un desarrollo relativamente reciente y hacen que los robots sean herramientas mucho más prácticas en el taller, especialmente uno tan concurrido como el de Vanamatic.

Un buen comienzo
A lo largo de los años, Adam Wiltsie, gerente de planta, ha diseñado y desarrollado ahorros de mano de obra y mejoras de procesos en todo el taller. Uno de estos dispositivos comenzó como una combinación de limpieza de piezas y carrusel de acumuladores.

Se ha transformado en una estación de medición asignada por máquina, equipada con los medidores adecuados necesarios para las piezas que se producen. Está vinculado al sistema ERP central del taller, brindando al operador información de estado en tiempo real y acceso a información de configuración, medición y ejecución del trabajo al alcance de su mano. Estas unidades fueron diseñadas, construidas e integradas internamente.

El Sr. Wiltsie también ha encabezado la automatización pick-and-place para la carga y descarga de tornos y fresadoras en el taller. Básicamente, estas unidades eran cargadores/descargadores de lanzadera mecánicos diseñados para aliviar la monotonía de usar un operador para realizar las tareas. Eran prácticamente una automatización fija con poca flexibilidad.

Los robots representaron un avance lógico para Vanamatic. Después de ver un cobot (un robot con detección de proximidad capaz de trabajar de manera segura junto a una persona) en una feria comercial, el Sr. Wiltsie pudo ver que la tecnología se había puesto al día con la necesidad de su tienda. Un brazo articulado de seis ejes, trabajando junto a un operador, sin necesidad de una jaula de seguridad, era perfecto. Y la estación de ensamblaje de Rich Lindeman era un lugar perfecto para comenzar.

El primer cobot de Vanamatic fue Ethel. Fue nombrada por su supervisor, el Sr. Lindeman, quien recientemente celebró 50 años de servicio de tiempo completo en la empresa. Para la operación de ensamblaje que Rich y Ethel estaban emparejados para hacer, tal vez Rich se vio a sí mismo en el rol de Lucille Ball y su cobot como su incondicional amiga, Ethel Mertz, trabajando en el transportador de dulces de chocolate.
La tarea de ensamblaje que habría realizado el Sr. Lindeman es un proceso de ocho pasos que comienza con una tarima de 144 piezas. El Sr. Lindeman levanta la pieza, verifica una medida de longitud crítica en un calibrador, ensambla una pequeña junta tórica en el extremo de la pieza, sopla el ID, empuja un espaciador sobre un juego de roscas para que se asiente contra un hexágono, verifica el conjunto y lo coloca en un paquete para su envío.

Según el Sr. Wiltsie, gerente de planta de Vanamatic, “Rich no tiene problemas para hacer esto y lo ha hecho con éxito durante algún tiempo. No se trata de realizar la tarea una vez; es cuestión de realizarlo 500.000 veces, que era la cantidad de pedido para este montaje”, dice. “Es una pieza lista para la línea para un sistema de inyección de combustible y tiene que estar bien. Solo tengo 40 años e hice el montaje yo mismo. Estaba adolorido después de unos pocos miles y con una calidad menos que perfecta. Sin menospreciar al Sr. Lindeman, la asamblea para esta orden en particular no estaba destinada a un ser humano y, como descubrí, tampoco era humana”.

Ethel es un modelo UR3 construido por Universal Robots. Es el cobot más pequeño que fabrica UR y tiene un rango de movimiento casi equivalente al de un humano. La carga útil es de 6,6 libras, el radio de alcance es de 19,7 pulgadas y la huella de la unidad es de 5,9 pulgadas cuadradas. Sin embargo, para la aplicación de conjunto de inyectores de combustible de Vanamatic, el robot fue solo el comienzo.

La ergonomía es una consideración importante para organizar un espacio de trabajo para un trabajador humano. Las consideraciones incluyen el lugar donde el trabajo entra en la zona de actividad, la colocación de equipos auxiliares como calibres de medición para esta operación de ensamblaje, dónde se colocan las juntas tóricas y los espaciadores en relación con la actividad de ensamblaje y la orientación de las piezas maquinadas, así como la ubicación de el embalaje de salida.

Si bien la ergonomía es importante para el Sr. Lindeman, es de vital importancia para Ethel. Es inteligente, pero carece de la capacidad para tomar decisiones de cambio de movimiento sutiles y la inteligencia para adaptarse más allá de su programación, aunque incluye subrutinas para lidiar con juntas tóricas o espaciadores faltantes. Eso se resolverá con sistemas de visión en el futuro. Mientras tanto, el uso de "poka-yoke" para las bandejas entrantes es un medio simple y confiable de asegurarse de que el programa de Ethel tenga un buen comienzo en el lugar correcto cada vez.

Los ingenieros de Vanamatic utilizan el modelado CAD para ilustrar varios aspectos del proceso de fabricación, como el diseño de la planta, las simulaciones de máquinas y otras representaciones gráficas y virtuales de áreas dentro de la empresa. Estas habilidades se aplicaron para preparar el área de trabajo para el Sr. Lindeman y Ethel. Los ingenieros pueden verlo, ejecutarlo y probarlo antes de construir o comprar algo.

“Las herramientas de programación para el cobot son amplias y están bien diseñadas para facilitar su uso”, dice el Sr. Wiltsie. “Aportamos a la fiesta nuestra capacidad interna perfeccionada para diseñar y construir el entorno de trabajo para la célula. Nuestra capacidad para integrar el cobot en un sistema que incluía las ocho operaciones necesarias para ensamblar la pieza del inyector de combustible ahorró a la empresa una inversión considerable. Otra ventaja es que con nuestra capacidad interna de diseño y construcción, podemos hacer cambios y mejoras con facilidad a medida que pasa el tiempo”.

Hoy en día, la operación de ensamblaje del Sr. Lindeman consta de dos pasos del Sr. Lindeman:cargar la tarima y empacar la pieza terminada. Ethel hace las seis operaciones intermedias. Tienen una gran relación.

Encore
La instalación de Ethel en Vanamatic ha sido un éxito. Está haciendo su trabajo de montaje sin quejas y, lo que es más importante, no se han enviado piezas defectuosas.

Un segundo cobot, también un UR3, llegó a Vanamatic menos de un año después que Ethel. Nombrada Roxy por su controlador, Gene Dickman, su tarea fue más sencilla que la de Ethel. Básicamente, atiende las necesidades de un torno Omni-Turn, cargándolo con espacios en blanco y retirando las piezas torneadas terminadas.

Para esta operación, la flexibilidad de Roxy es su punto fuerte. El Omni ejecuta partes que tienen un volumen más bajo y una mezcla más alta. La capacidad de cambiar rápidamente los programas y los efectores finales (pinzas) es la clave de su éxito.

Con esta aplicación, Vanamatic recurrió a su ingeniería interna para diseñar e integrar la pinza doble, por lo que Roxy solo necesita ingresar a la máquina una vez para cargar y descargar sus piezas. El tamaño pequeño y el peso relativamente ligero del robot (24,3 libras) permiten montarlo fácilmente en la parte delantera del Omni-turn. Los ingenieros de Vanamatic diseñaron y fabricaron los soportes de montaje personalizados que integran la máquina y Roxy. También escribieron el software de interfaz que permite que el robot y la máquina se comuniquen.

Aprender haciendo
La educación es acumulativa. Generalmente, las personas aprenden cosas nuevas construyendo sobre la base creada a partir de lecciones anteriores a las que han estado expuestas.

Ese es el caso de la tercera instalación de cobot de Vanamatic, Rocky. Rocky llegó a la planta de producción unos 196 días después de que la empresa integrara a Roxy y, a medida que se aceleraba la curva de aprendizaje para integrar estas máquinas y el equipo auxiliar necesario, el tiempo entre proyectos se acortaba.

Rocky, nombrado por su controlador, Paul Meiring, es otro modelo UR3 de Universal Robots. "Aplicamos lo que aprendimos de las dos primeras aplicaciones de cobot cuando pusimos en marcha a Rocky", dice el Sr. Wiltsie.

La tarea elegida para Rocky fue otro trabajo de mantenimiento de máquinas (esta vez en un VMC) que es más complicado que el de Roxy. Al igual que las otras dos aplicaciones, los ingenieros de Vanamatic crearon un modelo virtual de la operación, incluida la orientación de los transportadores de piezas entrantes y salientes.
Para este trabajo de carga, el cobot debía colocarse dentro de la zona de trabajo de la máquina para eliminar la necesidad de abrir y cerrar la puerta. Debido a los estrechos límites dentro de la máquina, Rocky se monta boca abajo y se sujeta a la columna de la máquina mediante un soporte diseñado y construido internamente. Las piezas en bruto se cargan en cintas transportadoras ubicadas fuera de la protección y entregan las piezas en bruto a Rocky.

Rocky recoge las piezas en bruto de una ubicación fija en el transportador, pero tiene la tarea adicional de mover la pieza de trabajo a una segunda estación de sujeción en el portapiezas. Vanamatic programó el tiempo entre el cobot y el CNC de la máquina utilizando la comunicación entre el robot y la máquina.

Después de mecanizar la pieza, Rocky verifica cada pieza utilizando un calibre Cognex en proceso antes de enviarla a la cinta transportadora de salida. El cobot está programado para descargar cualquier pieza rechazada en un contenedor separado y, si hay tres fallas consecutivas, emitirá una alarma.

“Esta instalación es un paso adelante de nuestra carga de VMC”, dice el Sr. Wiltsie. "En comparación con los cargadores de lanzadera que integramos anteriormente en nuestros VMC, la flexibilidad del sistema cobot que ahora disfrutamos representa un compromiso con el crecimiento futuro de nuestro negocio".

Fuente sorprendente de ayuda
A medida que la gerencia de Vanamatic avanzó con los planes de integración para el piso de producción, se encontró con un aliado que muchos podrían no considerar. La empresa, como la mayoría, tiene tratos con la Oficina de Compensación al Trabajador (BWC). A veces, esos tratos pueden ser menos que cordiales debido a la función de cumplimiento normativo de la BWC.

Sin embargo, en el caso del proyecto de instalación de cobots de Vanamatic, se encontró un espíritu afín en la BWC. En el estado de Ohio, la BWC tiene fondos de subvenciones disponibles para empresas para ayudarlas a reducir posibles reclamos de compensación de trabajadores por medios simples y complejos.

Vanamatic aplicó y recibió subvenciones por sus esfuerzos de automatización, lo que contribuyó significativamente a los gastos de compra e instalación de sus cobots. Si bien tales ofertas de subvenciones pueden no estar disponibles en todos los estados, no está de más preguntar.

Ya sea que el taller busque la integración de sistemas mediante la automatización o la comunicación o mejores técnicas de flujo de trabajo, la justificación del taller no se trata del reemplazo de trabajadores. Más bien, implica la mejora del trabajo del trabajador. El Sr. Wiltsie y la BWC de Ohio parecen estar de acuerdo en que, a veces, los problemas de contratación en toda la industria pueden tener menos que ver con las personas y más con los trabajos que se nos pide que hagamos.

*Vanamatic ha sido miembro de PMPA desde 1957.