Maximice la productividad en espacios de soldadura con celdas robóticas Lean

Diseñadas bajo principios de manufactura esbelta para reducir desperdicios y mejorar el flujo de trabajo, las celdas de soldadura por arco robótico pueden proporcionar precisión, fiabilidad, versatilidad y velocidad para muchas aplicaciones industriales en diversas industrias. Mientras algunos fabricantes argumentarían que la celda robótica más eficiente del mercado es la de menor huella, hay otros factores a considerar. Lo que nos lleva a la pregunta: ¿cuál es el uso más eficiente del valioso espacio en planta?

Para que los fabricantes obtengan el máximo retorno de inversión (ROI) en un período de amortización dado, es imperativo usar la celda de trabajo más eficiente posible para manejar una aplicación y tipo de pieza dados. Las tendencias de compra recientes sugieren que la adquisición de una celda robótica más grande con robots adicionales puede ser una solución más productiva para aumentar el rendimiento y mejorar la calidad del producto, cubriendo escasez de mano de obra y satisfaciendo demandas de clientes.

Mientras muchos fabricantes asiáticos enfatizan que una celda robótica con huella pequeña es lo mejor, las empresas en EE. UU. generalmente han sido menos preocupadas por el espacio en planta. Esta mentalidad está cambiando, sin embargo, a medida que los fabricantes buscan cumplir iniciativas de mayor productividad. Yaskawa fabrica una variedad de celdas de soldadura estándar, que forman parte de la serie ArcWorld^®. Estas celdas pueden usarse para ilustrar seis factores que contribuyen a la productividad del espacio en planta. A su vez, estos factores también ayudan a explicar las tendencias de compra recientes y evaluar el motor impulsor para obtener más productividad del espacio de fábrica.

Seis factores clave a considerar:

La respuesta a la eficiencia de la celda puede residir en comparar ciertos factores y revisar ratios simples. Para evaluar la productividad de una celda robótica, los fabricantes deberían considerar lo siguiente:

1. Área de la pieza
   El área de la pieza es simplemente el espacio necesario para soportar un producto. Por ejemplo, un proveedor de asientos de automóvil tiene una diferencia de tamaño obvia entre soportes de reclinador, asientos delanteros y estructuras de asiento trasero 60/40 para subensamblaje. Tener suficiente área de pieza para producir eficaz y eficientemente piezas de calidad con utillaje es clave. El posicionamiento de las piezas también es un factor. Si la pieza necesita reorientarse, necesitará un volumen tridimensional mayor.
    
2. Área de la celda
   Se refiere al tamaño de la huella total de la celda, o cuánto espacio en la fábrica abarca el sistema robótico. Los fabricantes pueden ver celdas más pequeñas como uso más eficiente del espacio. Aunque la huella de la celda es una preocupación válida, elegir un sistema robótico basándose solo en la huella no es ideal. Del mismo modo, las celdas de una estación deben evaluarse como un par al compararlas con una celda de dos estaciones.
    
3. Área de seguridad
   Un espacio abierto, donde un operario debe desalojar durante el indexado del posicionador para cumplir normativas de seguridad, se conoce como área de seguridad. Algunos fabricantes personalizan una celda robótica con puertas enrollables para minimizar el espacio del área de seguridad. Suspender contenedores de piezas pequeñas dentro de esta área ayuda a utilizar el espacio y mejorar la ergonomía.
    
4. Área de operario / Almacenamiento de piezas
   El área del operario se refiere al espacio donde el operario toma o coloca piezas en el utillaje de la celda. Las celdas con espacio de seguridad pueden potencialmente agobiar al operario con almacenamiento de piezas, lo que requeriría una celda de una estación equipada con un pasillo más ancho. Las celdas de una estación a veces se colocan enfrentadas, para que el operario cargue una y luego atienda la celda del lado opuesto del pasillo.
    
5. Cantidad de robots
   El número de robots de soldadura por arco —o «arcos» referidos a antorchas de trabajo— en una celda también es primordial al elegir una solución robótica. Añadir un segundo o tercer robot puede casi duplicar o triplicar la producción de soldadura con poco o ningún impacto en el espacio en planta. Esto aumenta la «densidad de arcos» de una celda dada.
6. Coste
   El precio de la celda se considera en cualquier etapa del diseño e implementación. Muchas veces, el robot es un porcentaje menor del coste cuando se incluyen posicionadores, controles de celda y utillaje. Otros elementos, como sensores láser, también podrían aumentar el coste pero mejorar el tiempo de ciclo. Los requisitos de pieza y rendimiento del cliente dictarán cuánto valoran estas características que añaden coste al crear una celda extremadamente eficiente.

Aplicación

Al elegir la celda más productiva para una aplicación y tipo de pieza dados, los fabricantes deben evaluar factores clave que impactan la eficiencia de la celda como comparaciones. Por ejemplo:

• Área de pieza / Área de celda = Ratio Área Pieza-Celda
• Pieza / Celda X Cantidad Robot Arco = Densidad de Arco o Ratio Productividad Celda
• Ratio de $ a Espacio en planta y # de Arcos = Ratio Valor
• Costes de Integración (1x por celda): PLC + HMI + Caídas de energía + Utillaje + Etc.

  Ejemplo 1: Un taller de trabajos o empresa automotriz puede considerar la ArcWorld C-52 (AWC-52), una celda compacta para fabricación de bajo a medio volumen que tiene dos estaciones de mesa plana (una AWC-52S tiene cabezales para girar piezas). Esta celda ofrece un rendimiento potente en un paquete compacto, con:  

• Huella reducida
• Un robot Motoman^® de seis ejes
• Puerta enrollable
• Paquete de soldadura integrado
• Tamaño máx. pieza (mm) 760 x 700 capacidad

Seleccionar una celda más pequeña basada en el tamaño de pieza puede parecer el mejor uso del espacio, pero al considerar el tamaño menor de la pieza junto con la huella total de la celda, la eficiencia de área general de esta celda es solo del 12%.

Al evaluar la capacidad de producción de la celda, también se evaluó el número de robots de soldadura por arco. Tras calcular el ratio área de pieza a robot y compararlo con el número de arcos, se determinó que el ratio de productividad de la celda AWC-52 seguía siendo 12% eficiente debido al robot único. A pesar del bajo coste de entrada, rápido tiempo de puesta en marcha, diseño de huella ajustada y fáciles capacidades de seguridad, esta celda puede quedarse corta para algunos fabricantes al hacer comparaciones.

Del mismo modo, las celdas compactas de una estación deben evaluarse como un par, comparadas con una celda de dos estaciones. Este tipo de configuración añade un robot de soldadura por arco extra al proceso, pero también añade más espacio al área del operario. Aunque esta celda elimina el tiempo de barrido del posicionador, obliga al operario a caminar, ofreciendo mala ergonomía y potencialmente aumentando el tiempo de ciclo.

Algunos fabricantes ubicarán estas celdas enfrentadas, donde el espacio del operario es atendido por un solo operario. Esto puede elevar el ratio de productividad al 30% basado en dos robots y el área pieza/celda. El uso de dos celdas resultará en 2x el coste de integración, lo que puede ser significativo para fabricantes automotrices con utillaje automatizado.

Ejemplo 2: Fabricantes que buscan una celda para soldar piezas pequeñas que no requieren posicionamiento pueden considerar la ArcWorld 1000 (configuración robot único) o ArcWorld 1200 (configuración dual robot). Pre-diseñadas para producción de piezas pequeñas a medianas para aplicaciones de soldadura de medio a alto volumen, estas ArcWorlds cuentan con:

• Mesa giratoria servo de alta velocidad (60 in o 72 in de tablero)
• Uno o dos robots Motoman de seis ejes
• Unidad de Seguridad Funcional (FSU)
• Paquete de soldadura integrado
• Tamaño máx. pieza (mm) 1.000 x 474 capacidad

Usando la misma comparación de subensamblaje (ver Ejemplo 1), la celda AW1000 mostró un 10% de eficiencia usando el ratio área de pieza a área de celda. A pesar de la introducción de una mesa giratoria servo de alta velocidad, la presencia del área de seguridad creó «espacio muerto» inutilizable durante la operación. En el lado positivo, el área del operario requería movimiento mínimo del operario, creando mejor ergonomía.

Cuando se calculó la densidad de arcos en relación al ratio área de pieza a área de celda, reveló que la adición de un robot extra de soldadura por arco en esta configuración (AW1200) aumentó la productividad general de la celda al 19%. Al comparar precios de lista entre otras celdas ArcWorld, la AW1200 representa el precio/arco más bajo de todas, lo que la hace una buena relación valor. Solo hay 1x coste de integración para esta celda.

Ejemplo 3: Nuestra celda más popular, la serie AWIV-6000 con posicionador tipo noria, proporciona el uso más eficiente del espacio en planta. Pre-diseñada para producción de piezas de medio a alto volumen, estas cuentan con:

• Alta velocidad, posicionador delgado que ahorra espacio
• Uno, dos, tres o cuatro robots Motoman de seis ejes
• Unidad de Seguridad Funcional (FSU)
• Paquete de soldadura integrado
• Tamaño máx. pieza (mm) 4.000 y 1.525 capacidad

Usando la misma comparación de eficiencia de espacio (ver Ejemplo 1 y 2), las celdas serie ArcWorld IV-6000 mostraron eficiencia del 30-34% usando el ratio área de pieza a área de celda. Aunque la adición de un posicionador delgado de alta velocidad en relación al área de pieza y celda aumentó la eficiencia, la presencia del área de seguridad aún creó «espacio muerto» inutilizable durante la operación. Algunos fabricantes han usado cortinas enrollables para cubrir el área de seguridad y reducir la distancia usada por cortinas de luz.

Como en los ejemplos de celdas ArcWorld serie C y ArcWorld 1000, la presencia de robots de soldadura por arco impulsó el factor de productividad de cada celda. Cuando se calculó la densidad de arcos en relación al ratio área de pieza a área de celda para cada celda en la serie ArcWorld IV-6000, los hallazgos fueron:
 

• AWIV-6000SL área pieza / celda X 1 robot arco = 60% ratio productividad
• AWIV-6200SL área pieza / celda X 2 robots arco = 67% ratio productividad
• AWIV-6300SL área pieza / celda X 3 robots arco = 100% ratio productividad

La densidad de arcos en relación al ratio área de pieza a celda dio a la ArcWorld IV-6300SL un porcentaje mayor, convirtiéndola en la celda más flexible y productiva en nuestras configuraciones estándar.

Un cliente recurrente ha cambiado de especificar celdas AWIV-6300 con 3 robots y vanos de posicionador de 3 metros a celdas con cuatro robots (AWIV-6400) y vanos de 4 metros. Aunque esto mejora ligeramente la eficiencia de espacio (área pieza a área celda) del 34% al 36%, el ratio de densidad de arcos (o eficiencia de productividad) aumenta enormemente del 101% al 143%. Además, añadir más robots es una solución rentable porque los costes de integración de la celda, como PLC, HMI, utillaje, seguridad y conexiones de servicios, no aumentan.

Conclusión:

Las celdas robóticas compactas ofrecen huella reducida, pero no son necesariamente el uso más eficiente del espacio. Los talleres pueden querer evaluar la capacidad de tamaño de pieza en relación a la huella de la celda para determinar el uso MÁS FLEXIBLE del espacio. Además, en un esfuerzo por aumentar la PRODUCTIVIDAD del espacio, las empresas automotrices pueden considerar expandir ligeramente el área de trabajo para añadir más robots. Evaluar el coste de un par de configuraciones de celda diferentes, incluyendo costes de integración, puede ayudar a los fabricantes a asegurarse de que están maximizando el VALOR de su espacio en planta.