Descubriendo los beneficios ocultos de la automatización robótica en la fabricación

Para ver por qué Stabiltec compró un robot, ni siquiera tienes que entrar a la planta. Afuera de la instalación de producción de la empresa en Parks, Louisiana, un prominente letrero de "Se Contrata" lista "Maquinistas CNC" en la parte superior de la lista de posiciones abiertas. El letrero casi certainly se quedará allí mientras continúe el negocio fuerte en la industria del petróleo y gas, el mercado al que sirve Stabiltec. La empresa instaló un robot como una forma de mantener sus máquinas herramienta alimentadas mientras usa sus recursos laborales limitados de la manera más eficiente posible, porque el empleador no puede cubrir todas las posiciones de fabricación calificada que justificaría la actividad comercial actual.

De hecho, el co-propietario Keith Boutte dice que la planta casi certainly comprará otro robot. Los beneficios inesperados del movimiento de la empresa hacia la automatización han hecho que la inversión sea significativamente más rentable de lo que cualquiera de los dos hombres esperaba.

Demasiado simple para personal calificado

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

La perforación direccional es una especialidad. Stabiltec proporciona las piezas mecanizadas para sistemas de perforación de petróleo y gas que entran en el suelo verticalmente, pero alcanzan las reservas subterráneas horizontalmente a través del arqueo gradual de la broca. El Sr. Boutte diseña componentes de sistemas de perforación direccional según las diversas necesidades de diferentes OEMs que ofrecen productos de perforación direccional.

El desafío en la fabricación de estos componentes es que algunas de las piezas exigen mecanizado calificado. Secciones de alojamiento subterráneo que se doblan hasta 3 grados se mecanizan a través de operaciones de torneado que requieren configuraciones inusuales en el torno. Específicamente, después de que un extremo de la pieza se torne recto, el otro extremo se torna para ser deliberadamente "torcido" mediante una configuración que está descentrada. Así, una cantidad de carrera y desviación del paralelismo que se consideraría un error extremo en la mayoría de las piezas torneadas se mecaniza deliberadamente en estos componentes. Operadores calificados tienen que correr piezas como estas.

El problema de Stabiltec era que estos empleados calificados escasean, y otro trabajo de mecanizado estaba tomando demasiado de su tiempo. Las piezas de transmisión eran el ejemplo principal. Estas piezas son componentes de lo que, en esencia, es una junta universal que permite que la broca subterránea siga girando mientras se curva gradualmente. Las piezas de transmisión no son menos críticas ni menos valiosas que las secciones de alojamiento, pero las configuraciones de las piezas de transmisión son mucho más directas. Stabiltec estaba perdiendo demasiada capacidad laboral en el 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 llenar su necesidad de capacidad laboral calificada mediante contratación, determinaron liberar su capacidad laboral existente automatizando 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 celda robótica

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

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

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

El argumento final a favor de una celda 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 mano de obra por largos períodos en el mecanizado de los componentes de transmisión.

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

Beneficios imprevistos

Esos beneficios adicionales incluyen todos los siguientes:

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

2. Internalización más fácil. Al expandir la capacidad para piezas de transmisión, la celda robot ha permitido a la empresa traer de vuelta a casa varias otras piezas que habían sido subcontratadas a proveedores. Anteriormente, la empresa subcontrataba tanto mecanizado que traer este trabajo internamente aparentemente habría requerido algo como seis nuevas máquinas y seis nuevos empleados para atenderlas. La celda robot cambió esta imagen. La celda automatizada esencialmente representa una gran cantidad de capacidad potencial concentrada en un sistema compacto. Esta capacidad concentrada y simplificada puede absorber mucho trabajo, permitiendo así mucha internalización.

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

4. Apertura más fácil a negocio adicional. Las necesidades de mecanizado de los componentes de 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 robot. Stabiltec es conocido por perforación direccional, y la empresa a menudo es buscada por OEMs que quieren producir sistemas de transmisión de perforación direccional con nuevos diseños. Producir este producto central efectivamente ayuda a la empresa a construir relaciones, y las relaciones a menudo llevan a oportunidades de negocio adicionales. En otras palabras: Use la automatización para hacer el mejor trabajo posible en la pieza que le abrirá la puerta.

5. Mayor flexibilidad. Podría parecer contra intuitivo, pero la empresa dice que las máquinas cargadas por robot son más flexibles que las supervisadas por empleados. Esto es porque el robot puede "aprender" un nuevo proceso instantáneamente. Los humanos no hacen esto. Un empleado humano tiene que ser entrenado y transicionado gradualmente a un conjunto cambiado de procedimientos, pero un robot puede ser redeployado y reprogramado dentro de un día, sin volver nunca a hábitos obsoletos.

Justo un cambio así está a punto de suceder, dice. Ahora mismo, demasiado del mecanizado de las piezas de transmisión ocurre en el torno. El centro de mecanizado frecuentemente 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 herramienta larga permanecerá con esta primera máquina. Así, por el precio de una máquina herramienta relativamente económica, el taller realizará aún más de la productividad potencial de la celda automatizada.

Más capacidad en camino

La soldadura es probable que sea la próxima candidata para la automatización robótica, dice el Sr. Boutte. Similar al mecanizado, ciertas operaciones de soldadura involucran tareas simples y repetitivas que quitan a un 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 del taller. El taller ha dado al robot un código de empleado dentro de este software para poder rastrear el rendimiento del robot como sustituto de la carga y descarga manual. Basado en este rastreo, la empresa puede decir que el robot ha reducido el costo laboral asociado con el mecanizado de piezas de transmisión en un 76 por ciento mientras aumenta la capacidad de mecanizado de piezas de transmisión en un 49 por ciento.

Aún hay más capacidad por ganar. Después de que se agregue el segundo torno, el Sr. Boutte dice que la limitación restante más significativa será el espacio en el suelo. Que un factor tan simple pueda ser tan importante podría parecer sorprendente, pero en el caso de Stabiltec, esta limitación ha demostrado ser limitante de hecho. Simplemente, solo hay tanto espacio para colocar material dentro del 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 no ha corrido por 24 horas completas, comúnmente corriendo 16 a 20 horas en un día en su lugar. Para superar este simple obstáculo, la empresa está explorando una solución simple: un sistema de bastidor vertical que aumentará dramáticamente la salida de la celda.