Optimizando producción: adopta automatización desde el primer día

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Video de torno cargado por pórtico

Hay muchas razones por las que los talleres ahora consideran automatización. Para algunos, la presión creciente de regiones de bajo coste les obliga a reducir costes de mano de obra directa. Para otros, la falta de mano de obra cualificada fomenta el uso de robots para cargar y descargar máquinas. Puede que las razones para automatizar no estén relacionadas con la mano de obra en absoluto. Un problema de calidad, por ejemplo, puede hacer atractiva la repetibilidad inherente de la robótica. Ya sea empezando desde cero o transicionando desde fabricación tradicional, muchos talleres pueden beneficiarse de la automatización. Sin embargo, los conceptos erróneos sobre exactamente cómo hacerlo siguen siendo generalizados.

Muchos propietarios de talleres prefieren un enfoque seguro e incremental para implementar automatización. Creen que es mejor comprar un sistema adecuado para una familia de piezas, y perfeccionar estas piezas en la celda una a una. Este enfoque permite a los talleres probar el concepto de automatización y perfeccionar cuestiones como colocación, presentación y programación de piezas antes de ir a producción. La técnica de automatización puede desarrollarse y refinarse, y las capacidades de la celda determinarse antes de que el taller dependa de ella para contribuir al flujo de ingresos.

C.N.C. Machine Products eligió el camino menos transitado y tomó un enfoque integral hacia la automatización. El taller dependió del procesamiento automatizado de piezas desde el principio, aunque se dio cuenta de que enfrentaba una curva de aprendizaje pronunciada y los problemas tendrían que resolverse rápidamente.

El taller, liderado por Greg Scheurich, presidente, fabrica pistas interiores y exteriores de rodamientos para clientes en prácticamente todas las industrias mundiales. La reciente instalación de un par de tornos de doble husillo cargados por robot de Fuji Machine America (Vernon Hills, Illinois) está ayudando a la empresa a alcanzar sus objetivos de fabricación esbelta al ser competitiva con fabricantes extranjeros. También completa otra ronda del compromiso de automatización del taller.

EN NEGOCIOS, AUTOMÁTICAMENTE

El negocio principal del Sr. Scheurich era una distribuidora de herramientas que compraba y vendía herramientas por la región. Al hacer sus rondas por los talleres locales, descubrió que la gente le pedía recomendar talleres que consideraba cualificados para mecanizar diversos tipos de piezas. Como intermediario, el Sr. Scheurich ponía a clientes en contacto con proveedores. Un día, un importante proveedor de rodamientos en la región sugirió que el Sr. Scheurich comprara algunas máquinas y empezara a fabricar pistas de rodamientos él mismo. Así fue como nació C.N.C. Machine Products en 1988 a través de las relaciones de distribuidor de herramientas.

El taller de Joplin, Missouri, empezó solo con un par de tornos automáticos de husillo único. Una lista de máquinas original cuelga en la sala de conferencias del taller como recordatorio de la justificación original para comprar las primeras dos máquinas CNC chucker.

Desde el principio, el Sr. Scheurich sintió que era evidente que tenía que encontrar una estrategia automatizada que funcionara. "Como esto era un segundo negocio, realmente no queríamos que distrajera de nuestro negocio principal", explica. "El proceso tenía que ser lo suficientemente bueno para funcionar automáticamente." Desde 1988, la empresa ha experimentado varias expansiones. El primer taller del Sr. Scheurich tenía solo 465 m². El segundo edificio era aproximadamente 929 m². El tercero ahora supera los 4.645 m².

De 1988 a 2000, el negocio creció muy rápido y experimentó muchos dolores de crecimiento. En 2000, la empresa adoptó políticas que ayudaron a controlar el crecimiento y hacerlo más predecible. El Sr. Scheurich admite que al principio no estaba preparado para algunos de los desafíos de la automatización y tuvo que lidiar con algunos conceptos erróneos. Aquí hay tres:

Concepto erróneo 1—La automatización es demasiado cara. C.N.C. Machine Products llevaba solo un par de años en negocio cuando compró su primera celda robótica. El Sr. Scheurich recuerda a un vendedor que le había estado llamando durante un tiempo ofreciendo un torno de doble husillo opuesto horizontalmente con robot estilo pórtico para cargar y descargar piezas. En un momento en que un torno CNC de husillo único podía comprarse por aproximadamente 80.000 dólares, pagar 320.000 dólares por el torno automatizado parecía inalcanzable. (Sería cuatro veces el precio por solo el doble de husillos.) Ese vendedor happened to be at the shop when a potential customer called, and Mr. Scheurich allowed the salesman to quote the part based on the quantity involved. Se determinó que el precio era competitivo y la máquina podía pagarse en cinco años.

El Sr. Scheurich admite que realmente no pensaba que el taller ejecutaría la máquina el tiempo suficiente para pagarla porque había muchas cosas que podrían haber salido mal. "Aparte de lo que decía la hoja de cálculo, mi instinto me decía lo contrario", señala. En realidad, la realidad para el Sr. Scheurich fue que la máquina se pagó mucho más rápido que cinco años. Además, tras instalar y poner en marcha la primera máquina, una segunda se instaló en meses de la primera. Aunque las máquinas automatizadas eran más caras que las no automatizadas en coste inicial, los beneficios en capacidad ganada y productividad aumentada trajeron mayores beneficios y mayor rendimiento a largo plazo.

Concepto erróneo 2—La automatización hace perder empleos a los trabajadores. Algunos talleres recurren a la automatización para reducir la porción de mano de obra directa del coste de pieza. Aunque el uso de robots ayuda a reducir mano de obra directa, C.N.C. Machine Products recurrió a la automatización principalmente para aumentar capacidad. "La automatización robótica en nuestros tornos no ha causado despidos", dice el Sr. Scheurich. "En un momento teníamos más gente de la que podíamos usar plenamente, pero la demanda rápidamente alcanzó." La automatización en el taller significa que sus operadores tienen más tiempo para medir piezas, mantener insertos afilados y asegurar que las máquinas se mantengan.

Gary Hoofnagle, vicepresidente y gerente de fabricación del taller, cree que aunque la automatización ha permitido al taller crecer, ese crecimiento no podría haber sucedido sin gente dedicada. El Sr. Hoofnagle siente que la automatización ayuda a la gente, y la gente ayuda a la automatización. Cree que las personas son más hábiles que las máquinas para adaptarse a condiciones variables, mientras que las máquinas son más apropiadas que las personas para tareas repetitivas. Dice que cuando los dos se casan adecuadamente, el resultado es automatización exitosa y eficiente.

Concepto erróneo 3—La automatización solo es apropiada para altos volúmenes. C.N.C. Machine Products compró sus primeras máquinas automatizadas para un par de contratos de un proveedor estable que totalizaban 250.000 pistas de rodamiento anuales. Sin embargo, años de experiencia con automatización han hecho a la empresa rentable con pedidos de alta mezcla, bajo volumen que suman solo unas 5.000 piezas al año. Desde entonces hasta ahora, nada ha cambiado al justificar nueva maquinaria, excepto que el Sr. Scheurich está dispuesto a intercambiar altos volúmenes de un solo número de pieza por una familia de piezas con menos volumen. Mejoras en el uso de automatización le permiten aceptar pedidos con contrato de tres años y volúmenes entre 5.000 y 100.000 y seguir siendo rentable.

Aunque algunos talleres intentan aferrarse a máquinas porque están pagadas, C.N.C. Machine Products tiene un enfoque diferente. Desde el principio, el Sr. Scheurich planeó usar las máquinas solo por cinco años. Hoy, puede extender el período a siete u ocho años porque los desarrollos en diseño mecánico y eléctrico han mejorado la fiabilidad de las máquinas. La empresa reemplaza modelos antiguos con nuevos periódicamente para maximizar el valor residual de las máquinas y mantener la precisión. Esto también proporciona una oportunidad para revisar rutinariamente el proceso y mantener al personal involucrado con tecnología actual. En este taller, desarrollar el lado humano de la ecuación es un paso crítico para hacer la automatización flexible y rentable.

LOS BENEFICIOS

Una forma en que este taller se ha beneficiado al abrazar la automatización desde el principio es una mejora general en productividad. El Sr. Hoofnagle estima que un par de tornos de husillo único sin automatización atendidos por un operador tenían utilización de husillo del 50 al 65%, dependiendo del operador. Por otro lado, tener un arreglo de dos máquinas automatizadas (cuatro husillos) ofrece utilización de husillo del 80 al 90%.

En este caso, las máquinas marcan el ritmo del operador, no al revés. El robot carga slugs o anillos desde el almacén de trabajo en el plato del torno. Cuando el procesamiento completa, el robot toma la pieza terminada del plato y la deja en un pequeño transportador en el otro extremo de la máquina. La línea de piezas que se forma mantiene las piezas terminadas en orden. Esto puede ser útil al perfeccionar cambios de proceso y actúa como cola para el operador, permitiendo que cada pieza sea verificada antes de ser enviada al departamento de tratamiento térmico. Los operadores se enorgullecen de tener las mesas de carga llenas y las rampas de descarga vacías. Esto es algo que el Sr. Hoofnagle dice haber notado donde se usan los tornos cargados por pórtico.

Una cosa que el Sr. Scheurich hace para ayudar a que las escaseces de material no interrumpan la programación de trabajo es mantener un suministro amplio de material en sitio. Esta práctica puede ser desaconsejada por algunos que la etiquetan como inventario extra. Sin embargo, el Sr. Scheurich trata el material como un negocio propio. Compra cuando surgen oportunidades y vende a sí mismo y a otros cuando hay necesidad. Esto ha ayudado a mantener líneas funcionando cuando escaseces de material significarían paradas.

Además de aumentar la productividad en el centro de trabajo, otro beneficio de tener automatización bien diseñada es que aumentará la capacidad. Cuando los procesos automatizados se vuelven más naturales y confiables, la cantidad de tiempo que la máquina puede funcionar desatendida al final del turno aumenta. Añadir otras máquinas a la celda distribuye mano de obra directa e indirecta sobre más piezas, y los costes comienzan a bajar. Los mejores talleres automatizados no ven 40 u 80 horas en una semana laboral. Ven 168 horas posibles (no para el operador, solo para las máquinas). Confiar en que las máquinas siempre harán lo correcto es el primer paso para alcanzar este nivel de rendimiento.

La automatización también tiene un interesante beneficio lateral: métricas de calidad mejoradas. Como las máquinas hacen exactamente lo mismo cada vez, los defectos de proceso emergen rápidamente. Las máquinas no harán pequeñas cosas que los operadores humanos hacen inconscientemente para ayudar a mitigar estas condiciones a menos que estén diseñadas para hacerlo. Por ejemplo, se debe pensar en hacer que las virutas se rompan cada vez. El anidamiento de virutas es algo que las celdas de máquinas cargadas por humanos no intentan demasiado eliminar. Se ve como imparable y el operador limpiará la herramienta al cargar la pieza de todos modos, así que ¿para qué molestarse? En celdas automatizadas, sin embargo, se debe tener previsión aguda sobre formación y evacuación de virutas. Las máquinas Fuji TNW-3500R que C.N.C. Machine Products instaló recientemente toman un enfoque innovador para esta situación. Las máquinas usan una combinación de refrigerante a través del husillo y chorros de aire programados para lavar las piezas y limpiar los platos. También usan estaciones de volteo para girar las piezas varias veces de una operación a otra. Esto hace que cualquier viruta restante caiga de las piezas durante el volteo. Las máquinas que tienen husillos que se encuentran para intercambiar la pieza típicamente no tienen esta capacidad.

ESCASEZ DE MANO DE OBRA—¿DÓNDE ESTÁ EL FONDO?

Además de esos beneficios, otra razón para automatizar se vislumbra en el horizonte. Para algunos, el problema de escasez de mano de obra está presente ahora—la brecha entre el operador que se necesita y el que está disponible se ensancha cada día. Instituciones como Tooling U (www.toolingu.com) proporcionan un recurso de formación en línea para ayudar a cerrar la brecha. También, muchos fabricantes de máquinas herramienta han invertido tiempo y dinero para ayudar a usuarios a entrenar personal para rendimiento óptimo. Pero, ¿qué pasa si llega el día en que no hay nadie para solicitar un puesto abierto? Según estadísticas recientes del Departamento de Trabajo, se estima que 40 millones de "baby-boomers" se jubilarán entre ahora y 2015, mientras solo 11 millones de reemplazos entrarán al mercado. Prepararse para una severa escasez de mano de obra mediante el uso de automatización puede ayudar a estirar esta fuerza laboral limitada lo suficiente para llegar a fin de mes en el futuro.

NO TROPIECES

El Sr. Scheurich y el Sr. Hoofnagle advierten a talleres que piensan en automatizar a examinar cuidadosamente su proceso manual antes de decidirse a automatizar. En algunos casos, el proceso manual no es muy fiable y necesita actualización de todos modos—no asuma simplemente que el proceso manual es un buen ajuste para la automatización. Empiece con una hoja en blanco, si es necesario, y evalúe el proceso para automatización antes de decidirse a avanzar. Encueste todas las mejoras disponibles en maquinaria, utillaje y avances y velocidades de herramientas de corte para dar a la automatización la mejor oportunidad de éxito. Utilice todas las características avanzadas del control de la máquina, como gestión de vida de herramienta, herramientas redundantes y medición en proceso. "La automatización funciona bien en C.N.C. Products porque las piezas encajan con el proceso y el proceso funciona bien con el equipo", dice el Sr. Hoofnagle.