Aprovechando simulaciones cinemáticas 3D para ingeniería de manufactura avanzada

9 de septiembre

Ingeniería de Manufactura usando Simulaciones Cinemáticas 3D (Mundo Real)

• Por: Brian McMorris
• ABB
• Comentarios: 0

La Misión de Futura Automation es y ha sido: "Asesorar y Apoyar a fabricantes norteamericanos sobre los beneficios de Industria 4.0 Implementando IIoT y Soluciones Robóticas". El equipo de consultoría de Futura Automation tiene antecedentes y experiencia diversos. Como equipo tenemos ingenieros titulados, en algunos casos con títulos avanzados, en ingeniería química, eléctrica, manufactura, mecánica y de control, así como física, matemáticas y ciencias de la computación. Muchos en el equipo tienen experiencia en programación y aplicación de robótica junto con TI, ERP, MES, accionamientos de motores electrónicos, movimiento y controles programables. Estamos bien equipados para asistir a nuestros clientes con sus requisitos de diseño de manufactura avanzada.

Objetivos del Cliente:

Los clientes de Futura Automation buscan mejoras de calidad y productividad en sus operaciones de manufactura para cumplir objetivos corporativos. Con escasez de mano de obra ahora y en el futuro próximo, la automatización y robótica son cada vez más vistas como la respuesta para reducir costes y mejorar productividad. Pero los robots no pueden reemplazar toda la mano de obra humana directamente. A menudo, las tareas deben simplificarse para un robot, que carece de la inteligencia, juicio, innovación y destreza de un operador humano. Futura Automation trabajará con los KPIs (Indicadores Clave de Rendimiento) del cliente para impulsar soluciones que cumplan esos KPIs.

Soluciones:

Es mejor para nuestros clientes cuando Futura Automation puede asistir con diseño de proceso de manufactura temprano en el proceso de desarrollo y puede ayudar a los clientes a reimaginar el proceso para ser más eficiente y efectivo. La clave para mejorar prácticas de manufactura es la simulación del mundo real para que varias soluciones puedan probarse para eficacia en un mundo virtual. Futura Automation, con su socio software de simulación OCTOPUZ, puede proporcionar tales simulaciones cinemáticas (mundo real) para todo tipo de equipos de manufactura hasta el nivel de programación de máquina y robot. Podremos identificar soluciones que mantengan la relación entre cada proceso de manufactura dentro del sistema. La solución debe simular con precisión capacidades y cuellos de botella dentro del sistema y hacerlo de forma "cinemáticamente" precisa teniendo en cuenta las masas de equipos y producto y restricciones del mundo real de la física. La solución también debe poder mostrar cómo cambios en cada sub-sistema de manufactura impactan la operación general.

Implementación

La optimización de manufactura requiere un análisis completo de todo el proceso de manufactura actual y una reimaginación de cómo el proceso puede mejorarse cambiando procesos, flujo de trabajo, distribución de planta, maquinaria e implementación de IIoT, automatización y robótica. Los siguientes son algunos aspectos clave que se requerirían en una solución robusta:

¿Qué debe entregar una solución de Optimización de Manufactura?

• Logística: ¿Cómo llegan componentes de productores a la instalación de manufactura y productos terminados salen?
• Almacenamiento: ¿Cómo se almacenan componentes en la instalación para minimizar manipulación y tiempo de transporte?
• Manipulación de Materiales: ¿Cómo se transportan materiales al área de producción desde almacenamiento, por transportador de suelo o aéreo, montacargas o vehículo autónomo?
• Ensamblaje de Componentes: ¿Cómo se ensamblan e inspeccionan componentes, con mínimo de mano de obra, para cumplir requisitos de diseño de manufactura para productividad y calidad?
• Acabado de Componentes: ¿Cómo se pintan, pulen o acaban productos ensamblados, si no se hizo previo al ensamblaje?
• Empaquetado Final de Línea: ¿Cómo se empaquetan productos terminados para envío en cajas, cartones, en palets y con flejado o envoltura?
• RRHH: niveles de personal, calificaciones, entrenamiento y tecnologías de equipo requeridas para ejecutar la solución?
• Inventario: Análisis de inventario optimizado desde datos históricos y en tiempo real para reducir inventario sin perder soporte para cambio de producto o personalización
• Gestión de Pedidos: optimizar programación y secuenciación para la solución de manufactura para minimizar tiempo de configuración y cambio
• ¿Cómo se visualizan y comunican las simulaciones a todos los interesados?
• ¿Cómo pueden evaluarse e implementarse cambios al flujo de trabajo del proceso?
• ¿Qué sistemas de Tecnología de Información (TI) vinculan procesos de manufactura y cada sub-proceso a la oficina frontal (ERP)?

KPIs para Optimizar Procesos de Manufactura

Con múltiples objetivos potenciales y competidores dentro de la operación de manufactura general, debe asegurarse que cada KPI individual contribuya a la eficiencia general. Los siguientes son oportunidades potenciales de mejora de manufactura que una solución de simulación cinemática puede entregar:

• Análisis de Utilización de Inventario
• OEE o Asignación de Recursos
• Asignación de Mano de Obra o Análisis de Productividad
• Flujo de Material y Restricciones
• Tiempo de Actividad de Equipo y Programación de Mantenimiento
• Análisis de Capacidad de Planta y Planificación de Expansión
• Objetivos de Control de Calidad; i.e. "6 Sigma"
• Visibilidad de Rendimiento de Fábrica; i.e. Dashboards
• Simulaciones ROI de Mejoras de Manufactura y Adquisición de Equipos
• Seguimiento y Entrenamiento de Rendimiento Laboral RRHH
• Programación y Balanceo de Producción

Al trabajar hacia mejora operacional, es importante medir los trade-offs entre una alternativa y otra, o un conjunto de otras alternativas. Esto puede y se ha logrado con herramientas de análisis estático como hojas de cálculo. Pero tales herramientas de "estado único" fallan en tomar en cuenta la dinámica de procesos de manufactura típicamente interrelacionados, personas, materiales, equipos y sistemas presentes en la mayoría de operaciones de manufactura.

La Solución — Simulación Cinemática

La simulación cinemática permite no solo el análisis de varios escenarios de producción y tipos de equipo para probarse para rendimiento óptimo antes de adquirir y configurar dicho equipo. Una amplia gama de escenarios puede desarrollarse y probarse en días o semanas en lugar de ingeniería estática, evaluación de equipos, compra, despliegue y entrenamiento que pueden tomar meses o años. Esto permite al usuario interactuar con el entorno virtual y probar "sobre la marcha" cualquier y todos los cambios a distribuciones, procesos, personas, equipos, implementaciones de automatización, horarios, opciones de inventario, patrones de secuenciación y virtualmente cualquier cambio que pueda tener impacto positivo en la operación sin el riesgo y coste de probar cambios en un entorno real. La simulación cinemática permite al usuario la flexibilidad de ver cambios en tiempo real, ahorrando tiempo y dinero. La previsión proactiva de eventos futuros permite al usuario la libertad de experimentar con diferentes escenarios, promoviendo toma de decisiones proactiva y económicamente ventajosa.

OCTOPUZ es el software inteligente de programación offline de robots y #simulación_cinemática ideal para cualquier aplicación sensible a trayectoria. Más allá de simulación cinemática, OCTOPUZ tomó un enfoque revolucionario a la programación robótica combinando la programación offline de robots con simulación de proceso de manufactura. OCTOPUZ proporciona una solución mainstream, versátil, poderosa y efectiva para cualquier reto de simulación de robot o manufactura.

Construcción de Modelo de Simulación:

Típicamente un layout CAD, ya sea 2D o 3D de cualquier número de herramientas de desarrollo CAD, será importado al modelo para visualización de mano de obra y flujo de trabajo. Luego, procesos, conexiones/transportadores, rutas de viaje y otros datos definidos se ingresarán al modelo. Los modelos se construyen gráficamente, sin necesidad de escribir código. Esta es una distinción importante entre entornos de simulación tradicionales y cinemáticos. Definir horarios, secuencias, procesos, etc. se ha hecho históricamente manualmente. Se ha vuelto cada vez más importante con el avance de tecnología y mayor competencia global coste laboral, interactuar en tiempo real con el sistema de entrada de pedidos ERP (demanda) para ingresar mezcla de productos, enrutamiento y otros datos relevantes al modelo de producción con el objetivo de afinar procesos. La simulación permite pronóstico "Monte Carlo" probando múltiples soluciones de producción, incluyendo adición, sustracción o reubicación de equipos. Esta previsión proactiva permite al usuario ver escenarios proyectados basados en datos de entrada reales recolectados así como pronosticados. El usuario tiene la capacidad de interactuar con el modelo de simulación mientras aún se está ejecutando, ahorrando tiempo y proporcionando retroalimentación inmediata. El usuario puede entonces utilizar esta información para entender mejor posibles resultados, ventajas y desventajas de cambios, y finalmente seleccionar el curso de acción más lógico, eficiente, factible y económicamente ventajoso. Análisis de optimización integrado, visualización 2D y 3D hacen nuestra solución de simulación cinemática ideal para necesidades de optimización de manufactura de nuestros clientes.

Beneficios:

La simulación cinemática proporciona instantáneamente, a través de reportes integrados y análisis de escenarios, retroalimentación sobre ganancias de eficiencia en el punto de ataque, así como cómo el cambio se propaga a través del sistema. Simcad permite a los usuarios estrategizar cómo la operación se acelerará o desacelerará basado en cambios en demanda, reaccionar a interrupciones en suministro, tanto planificadas como no planificadas, y cómo cambios en la mezcla de productos impactarán la operación en su conjunto. Además, la simulación cinemática beneficia al usuario permitiendo una multitud de cambios al sistema en un entorno virtual donde el usuario no tiene los costes extensivos asociados con prueba y error o el largo proceso de usar hojas de Excel, por ejemplo. Una simulación cinemática permite al usuario la oportunidad de verificar y establecer horarios óptimos, obtener actualizaciones en vivo para mayor control en productividad, así como jugar escenarios "what-if" para optimizar recursos, equipos, horarios y producción. La simulación cinemática permite al usuario mantener relaciones a través de la manufactura, para entender mejor cómo diferentes cambios afectan el sistema completo. El usuario también puede analizar posibles diferencias en eficiencia basadas en automatización versus mano de obra manual. El mejor camino para producción puede establecerse, para aumentar productividad y reducir tiempo no valor agregado. A través del entorno de simulación cinemática de Futura Automation y OCTOPUZ, todo esto y más puede hacerse con la guía de Futura Automation.

Conclusiones

La simulación cinemática es una herramienta viable y precisa usada para entender restricciones de manufactura actuales, identificar efectos de cambios de maquinaria y procesos culminando en visualizar y comunicar el impacto de mover de entorno de manufactura actual a futuro.

Ventajas y Beneficios de un Entorno de Simulación Cinemática

• Futura Automation ofrece un equipo de profesionales de ingeniería altamente experimentados y calificados que ayudarán a desarrollar los detalles de una simulación de proceso de manufactura
• Futura Automation proporciona una gama de recursos para asistir toma de decisiones financieras y operacionales
• Futura Automation puede implementar sistemas IoT y MES integrados a través de Tulip Interfaces para complementar un entorno de manufactura automatizado
• OCTOPUZ incluye una biblioteca CAD con más de 2 millones de componentes de modelos de robot, maquinaria y herramientas que pueden importarse rápidamente con cinemática habilitada para simulación de proceso
• OCTOPUZ proporciona
  • Conectividad en tiempo real con fuentes de datos externas para asegurar cálculos precisos
  • Cambios interactivos "sobre la marcha" a equipos de manufactura y flujo de sistema
  • Programación de robots en lenguaje nativo del fabricante (mayoría de marcas principales) y luego descargable a robots reales
  • Actualizaciones en vivo a internet para revisiones de ingeniería virtual
  • Análisis lean dinámico para pronósticos de producción

La simulación cinemática para modelado de manufactura es el futuro. Futura Automation es su socio de ingeniería entrenado y altamente capaz para mostrarle el camino a este futuro, ayudando con todos los aspectos del entorno de manufactura incluyendo los aspectos de coste y retorno financiero del proceso.