Aprovechando las simulaciones cinemáticas 3D para la ingeniería de fabricación avanzada

09
septiembre

Ingeniería de fabricación mediante simulaciones cinemáticas 3D (del mundo real)

• Por:Brian McMorris
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La misión de Futura Automation es y ha sido:"Asesorar y apoyar a los fabricantes norteamericanos sobre los beneficios de la Industria 4.0 mediante la implementación de IIOT y soluciones robóticas".  El equipo de consultoría de Futura Automation tiene diversos antecedentes y experiencia.  Como equipo contamos con ingenieros titulados, en algunos casos con títulos avanzados, en ingeniería química, eléctrica, de fabricación, mecánica y de control, así como en física, matemáticas e informática.  Muchos miembros del equipo tienen experiencia en aplicaciones y programación de robótica junto con TI, ERP, MES, motores electrónicos y controles de movimiento y programables.  Estamos bien equipados para ayudar a nuestros clientes con sus requisitos avanzados de diseño de fabricación.

Objetivos del cliente:

Los clientes de Futura Automation buscan mejoras de calidad y productividad en sus operaciones de fabricación para cumplir con los objetivos corporativos.  Con la escasez de mano de obra ahora y en el futuro cercano, la automatización y la robótica se consideran cada vez más como la respuesta para reducir costos y mejorar la productividad.  Pero los robots no pueden reemplazar directamente todo el trabajo humano.  En la mayoría de los casos, las tareas deben simplificarse para un robot, que carece de la inteligencia, el juicio, la innovación y la destreza de un operador humano.  Futura Automation trabajará con los KPI (indicadores clave de rendimiento) del cliente para impulsar soluciones que cumplan esos KPI.

Soluciones:

Lo mejor para nuestros clientes es que Futura Automation pueda ayudar con el diseño del proceso de fabricación en las primeras etapas del proceso de desarrollo y pueda ayudar a los clientes a reimaginar el proceso para que sea más eficiente y efectivo.  La clave para mejorar las prácticas de fabricación es la simulación del mundo real, de modo que se pueda probar la eficacia de varias soluciones en un mundo virtual.  Futura Automation, con su software de simulación asociado OCTOPUZ, puede proporcionar este tipo de simulaciones cinemáticas (del mundo real) para todo tipo de equipos de fabricación hasta el nivel de programación de máquinas y robots.  Podremos identificar soluciones que mantengan la relación entre cada proceso de fabricación dentro del sistema.  La solución debe simular con precisión capacidades y cuellos de botella dentro del sistema y hacerlo de una manera "cinemáticamente" precisa, teniendo en cuenta las masas de los equipos y productos y las limitaciones físicas del mundo real.  La solución también debe poder mostrar cómo los cambios realizados en cada subsistema de fabricación impactan la operación de fabricación general.

Implementación

La optimización de la fabricación requiere un análisis completo de todo el proceso de fabricación actual y una reinvención de cómo se puede mejorar el proceso cambiando los procesos de fabricación, el flujo de trabajo, el diseño de la planta, la maquinaria y la implementación de IIOT, automatización y robótica.  Los siguientes son algunos aspectos clave que se requerirían en una solución sólida:

¿Qué debería ofrecer una solución de optimización de la fabricación?

• Logística:¿Cómo llegan los componentes desde los productores a las instalaciones de fabricación y los productos terminados a la salida?
• Almacenamiento:¿Cómo se almacenan los componentes en las instalaciones para minimizar el tiempo de manipulación y transporte?
• Manipulación de materiales:¿cómo se transportan los materiales al área de producción desde el almacén, mediante transportador de piso o elevado, carretilla elevadora o vehículo autónomo?
• Ensamblaje de componentes:¿Cómo se ensamblan e inspeccionan los componentes, con un mínimo de mano de obra, para cumplir con los requisitos de fabricación del diseño en términos de productividad y calidad?
• Acabado de componentes:¿Cómo se pintan, pulen o terminan los productos ensamblados, si no se hace antes del ensamblaje?
• Embalaje de final de línea:¿Cómo se empaquetan los productos terminados para su envío en cajas, cajas de cartón, paletas y con flejes o envoltorios?
• RR.HH.:¿niveles de personal humano, cualificaciones, formación y tecnologías de equipos necesarios para ejecutar la solución?
• Inventario:análisis de inventario optimizado a partir de datos históricos y en tiempo real para reducir el inventario sin perder soporte para cambios o personalización de productos
• Gestión de pedidos:optimice la programación y secuenciación de la solución de fabricación para minimizar el tiempo de configuración y cambio
• ¿Cómo se visualizan y comunican las simulaciones a todas las partes interesadas?
• ¿Cómo se pueden evaluar y luego implementar los cambios en el flujo de trabajo del proceso?
• ¿Cuáles son los sistemas de tecnología de la información (TI) que vinculan los procesos de fabricación y cada subproceso con el sistema de recepción (ERP)?

KPI para optimizar los procesos de fabricación

Con múltiples objetivos potenciales y competitivos dentro de la operación de fabricación general, es necesario asegurarse de que cada KPI u objetivo individual contribuya a la eficiencia general de la fabricación. Las siguientes son oportunidades potenciales de mejora en la fabricación que una solución de simulación cinemática puede ofrecer:

• Análisis de utilización del inventario
• OEE o Asignación de Recursos
• Asignación de mano de obra o análisis de productividad
• Flujo de materiales y restricciones
• Programación de mantenimiento y tiempo de actividad del equipo
• Análisis de capacidad de planta y planificación de expansión
• Objetivos de control de calidad; es decir, “6 Sigma”
• Visibilidad del rendimiento de la fábrica; es decir, paneles
• Actualizaciones de fabricación y simulaciones de ROI de adquisición de equipos
• Capacitación sobre seguimiento del desempeño laboral de RR.HH.
• Programación y equilibrio de producción

Cuando se trabaja para lograr una mejora operativa, es importante medir las compensaciones entre una alternativa y otra, o un conjunto de otras alternativas. Esto se puede lograr y se ha logrado con herramientas de análisis estático, como hojas de cálculo. Pero estas herramientas de “estado único” no tienen en cuenta la dinámica de los procesos de fabricación, las personas, los materiales, los equipos y los sistemas típicamente interrelacionados presentes en la mayoría de las operaciones de fabricación.

La solución:simulación cinemática

La simulación cinemática permite no solo analizar varios escenarios de producción y probar tipos de equipos para obtener un rendimiento óptimo antes de adquirir e instalar dichos equipos. Se puede desarrollar y probar una amplia gama de escenarios en días o semanas, en lugar de ingeniería estática, evaluación y compra de equipos, implementación y capacitación que pueden llevar meses o años. Esto permite al usuario interactuar con el entorno virtual y probar, "sobre la marcha", todos y cada uno de los cambios en los diseños, procesos, personas, equipos, implementaciones de automatización, cronogramas, opciones de inventario, patrones de secuenciación y prácticamente cualquier cambio que se pueda imaginar que pueda tener un impacto positivo en la operación sin el riesgo y el costo de probar los cambios en un entorno real. La simulación cinemática permite al usuario la flexibilidad de ver los 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 una toma de decisiones proactiva y económicamente ventajosa.

OCTOPUZ es el software inteligente de programación de robots fuera de línea y simulación cinemática ideal para cualquier aplicación sensible a la trayectoria.  Más allá de la simulación cinemática, OCTOPUZ adoptó un enfoque revolucionario para la programación robótica al combinar la programación fuera de línea de robots con la simulación del proceso de fabricación.  OCTOPUZ proporciona una solución convencional, versátil, potente y efectiva para cualquier desafío de simulación de fabricación o robot.

Construcción de modelos de simulación:

Normalmente, se importará al modelo un diseño CAD, ya sea 2D o 3D de cualquier cantidad de herramientas de desarrollo CAD, para visualizar la mano de obra y el flujo de trabajo. Luego, se ingresarán al modelo procesos, conexiones/transportadores, rutas de viaje y otros datos definidos. Los modelos se construyen gráficamente, sin necesidad de escribir código. Esta es una distinción importante entre entornos de simulación tradicionales y cinemáticos. La definición de cronogramas, secuencias, procesos y demás se realiza históricamente de forma manual.   Con el avance de la tecnología y el mayor costo laboral de la competencia global, se ha vuelto cada vez más importante interactuar en tiempo real con el sistema de ingreso de pedidos (demanda) ERP para ingresar la combinación de productos, rutas y otros datos relevantes al modelo de producción con el objetivo de afinar los procesos.  La simulación permite hacer pronósticos “Monte Carlo” al probar múltiples soluciones de producción, incluidas la suma, resta o reubicación de equipos.  Este pronóstico proactivo permite al usuario ver escenarios proyectados basados ​​en datos de entrada reales recopilados y pronosticados.  El usuario tiene la capacidad de interactuar con el modelo de simulación mientras aún está en ejecución, ahorrando tiempo y brindando retroalimentación de inmediato. Luego, el usuario puede utilizar esta información para comprender mejor los posibles resultados, ventajas y desventajas de los cambios y, en última instancia, seleccionar el curso de acción más lógico, eficiente, factible y económicamente ventajoso. El análisis de optimización integrado y la visualización 2D y 3D hacen que nuestra solución de simulación cinemática sea ideal para las necesidades de optimización de fabricación de nuestros clientes.

Beneficios:

La simulación cinemática proporciona instantáneamente, a través de informes integrados y análisis de escenarios, retroalimentación sobre las ganancias de eficiencia en el punto de ataque, así como también cómo se propaga el cambio por todo el sistema. Simcad permite a los usuarios planificar estratégicamente cómo aumentará o disminuirá la operación en función de los cambios en la demanda, reaccionará ante interrupciones en el suministro, tanto planificadas como no planificadas, y cómo los cambios en la combinación de productos afectarán la operación en su conjunto. Además, la simulación cinemática beneficia al usuario en términos de permitir una multitud de cambios en el sistema en un entorno virtual donde el usuario no tiene los grandes costos asociados con la prueba y error o el largo y lento proceso de utilizar hojas de Excel, por ejemplo. Una simulación cinemática le brinda al usuario la oportunidad de verificar y establecer cronogramas óptimos, obtener actualizaciones en vivo para un mayor control de la productividad, así como representar escenarios hipotéticos para optimizar recursos, equipos, cronogramas y producción. La simulación cinemática permite al usuario mantener relaciones a lo largo de la fabricación, para comprender mejor cómo los diferentes cambios afectan a todo el sistema. El usuario también puede analizar posibles diferencias en eficiencia basadas en la automatización frente al trabajo manual. Se puede establecer el mejor camino para la producción, con el fin de aumentar la productividad y reducir el tiempo que no agrega valor. A través de Futura Automation y el entorno de simulación cinemática de OCTOPUZ, todo esto y más se puede hacer con la guía de Futura Automation.

Conclusiones

La simulación cinemática es una herramienta viable y precisa que se utiliza para comprender las limitaciones de fabricación actuales, identificar los efectos de la maquinaria y los cambios en los procesos, lo que culmina en la visualización y comunicación del impacto de pasar del entorno de fabricación actual al 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 fabricación
• Futura Automation proporciona una variedad de recursos para ayudar en la toma de decisiones financieras y operativas
• Futura Automation puede implementar IOT y sistemas MES integrados a través de Tulip Interfaces para complementar un entorno de fabricación automatizado
• OCTOPUZ incluye una biblioteca CAD con más de 2 millones de componentes de robots, maquinaria y modelos de herramientas que se pueden importar rápidamente con cinemática habilitada para la simulación de procesos
• OCTOPUZ proporciona
  • Conectividad en tiempo real con fuentes de datos externas para garantizar cálculos precisos
  • Cambios interactivos "sobre la marcha" en los equipos de fabricación y el flujo del sistema
  • Programación de robots en el lenguaje nativo del fabricante (la mayoría de las marcas principales) y luego se puede descargar a robots del mundo real
  • Actualizaciones en vivo en Internet para reuniones virtuales de revisión de ingeniería
  • Análisis dinámico lean para previsiones de producción

La simulación cinemática para el modelado de fabricación es el futuro.  Futura Automation es su socio de ingeniería capacitado y altamente capacitado para mostrarle el camino hacia este futuro, ayudándolo con todos los aspectos del entorno de fabricación, incluidos los aspectos de costos y retorno financiero del proceso.