Elevando la automatización de planta: Precisión, flexibilidad y fiabilidad

En la máquina, cerca de la máquina, entre máquinas —el IIoT nunca está lejos

La flexibilidad ha llegado a la automatización, quizás como nunca antes. Y para industrias que requieren mecanizado de precisión, ensamblaje y medición, las tecnologías de automatización nunca han estado más disponibles.

Las soluciones de automatización van desde la más alta precisión hasta dependabilidad y velocidad probadas en producción. Casi nunca las tecnologías se representan como siendo todo para todos, o más propiamente todas las soluciones para todos los problemas. No es un caso de elige tu veneno, es más bien uno de seleccionar la tecnología más apropiada y poder justificar el ROI. Automatización probada y verdadera como alimentadores de barra, cargadores gantry, opciones simplificadas de pick-and-place nunca están demasiado lejos del frente, pero están siendo unidas y eclipsadas en muchos casos por nuevas tecnologías robóticas más rápidas que tienen el beneficio de la versatilidad que la comunicación digital IIoT puede traer a la manufactura.

Precisión en relojería llevó a decenas de robots

Según Rick Brookshire, gerente de producto de grupo, robots para Epson America Inc. (Carson City, CA), cuando su empresa matriz, Seiko Epson Corp., desarrolló robots para fabricar sus propios relojes hace unos 35 años, la precisión era todo. Hoy, Epson combina velocidad con precisión en su oferta de más de 300 robots en tamaños que van de 175 a 1000 mm de alcance, con cargas útiles hasta 20 kg, y repetibilidad hasta 5 µm. Aplicaciones típicas primeras incluyeron piezas que caben en tu mano para automotriz, médica, electrónica y funciones incluyendo ensamblaje, cuidado de máquinas, kitting, inspección y prueba, y paletizado en virtualmente todo tipo de industria.

La adición más reciente a la cartera de robots de Epson, el Synthis T3 All-in-One SCARA (brazo robótico de cumplimiento selectivo articulado) de nivel de entrada, fue introducido a un precio y con capacidades de velocidad y precisión destinadas a expandir aún más las aplicaciones de Epson en automotriz, electrónica, dispositivos médicos y productos de consumo.

«Desde su introducción a finales de 2017, el T3 ha encontrado aceptación en el mercado más allá de nuestras expectativas más salvajes», dijo Brookshire. «El T3 tiene un controlador contenido dentro del brazo, conexión a una PC para programación —todo a un precio de $7495. Presenta el mismo software que usamos en nuestros robots de seis ejes de la serie G de alta gama».

Como los otros robots SCARA de Epson, el T3 es un robot de cuatro ejes que escalonará de una superficie plana a una superficie plana y ha sido posicionado como alternativa a deslizadores lineales en el taller. «Los deslizadores lineales tienen que ajustarse continuamente para cambios», dijo Brookshire. El T3, con brazo de 400 mm y carga útil máxima de 3 kg, satisface esta necesidad de flexibilidad con velocidad para operación eficiente, integración en diseño compacto, y software de programación RC+ de Epson.

Eficiencia robótica en paquetes compactos

Erowa Technology Inc. (Arlington Heights, IL) tiene una historia de desarrollo de sistemas de paletización y robots para manejar herramientas y piezas de trabajo para procesamiento EDM, así como aplicaciones de cuidado de máquinas para fabricación de chips en tándem o en combinación con máquinas EDM. «Un taller de trabajos hace algo diferente cada día. Esa es nuestra fortaleza: poner una pieza de trabajo en un pallet y en un magazine y dejar que un robot la mueva dentro de la máquina para procesamiento —ya sea para una, dos o cinco piezas», dijo Chris Norman, presidente y COO. «Estamos en un mercado de nicho y nuestra automatización está diseñada para talleres de trabajos, talleres de moldes y matrices, y talleres de manufactura aeroespacial de corridas cortas, por nombrar algunos».

La demanda de productos de automatización de Erowa ha sido fuerte. «Hay mayor aceptación por parte de talleres para soluciones de automatización hoy. Hemos experimentado crecimiento en ventas de automatización de 10 a 20 % sobre 2017, que subió unos 30 % sobre 2016», dijo Norman. «Ya no somos solo los chicos del EDM, aunque todavía hacemos mucho en manufactura y manejo de electrodos. Nuestro herramientado se está usando en muchas facetas diferentes de manufactura. Nuestro sistema de cambio rápido entre nuestros pallets y nuestros portaherramientas y cambiadores de herramientas para herramientas de corte y cambiadores de electrodos en un EDM son una forma de automatización en la que muchas empresas no piensan».

La programación para sus robots se ha simplificado, según Norman. «Nuestros robots no son difíciles de programar. Hay diferentes niveles de integración. El más básico es que el robot es esclavo de la máquina. Hemos hecho todo el trabajo de interfaz y tenemos interfaces con todos los OEMs principales. Cuando venimos a instalar, llamamos al pallet a la máquina de la misma manera que llamas un husillo a la máquina. Es básicamente una línea de código. Tenemos un software de control de celda que gestiona la máquina y el robot en lugar del control de la máquina. Típicamente solo necesitamos etwa un día de capacitación con los clientes», dijo Norman.

La planta es un lugar ocupado

Los EDM más nuevos de Makino Inc. (Mason, OH) presentan automatización para operación desatendida. El soporte viene de HyperConnect, la suite de aplicaciones de Internet Industrial de las Cosas (IIoT) de Makino para EDMs que mejora la experiencia del usuario y eficiencia, y reduce el tiempo de inactividad de la máquina. Disponible en todos los EDMs de Makino equipados con sistemas de control Hyper-i, HyperConnect permite a gerentes y operadores de planta monitorear y controlar procesos EDM desde cualquier PC, dispositivo inteligente u otros sistemas de control Hyper-i en la red.

Los operadores de EDM ya enfrentan demasiado en la planta. Lo último que alguien quiere es tenerlos corriendo de ida y vuelta entre máquinas y espacios de oficina. HyperConnect proporciona a estos operadores accesibilidad a lo que necesitan para maximizar eficiencia, ya sea que estén en la máquina, en su oficina o trabajando remotamente.

La suite HyperConnect tiene cuatro características principales de conectividad para que el personal de planta monitoree, planifique y solucione problemas en sus operaciones EDM. De las cuatro funciones, EDM Mail y PC Viewer son las más usadas comúnmente. EDM Mail transmite información de estado de máquina a operadores vía email durante operación desatendida para ayudar a reducir tiempo de inactividad y soportar habilidades de multitarea. Puede entregar actualizaciones periódicas de intervalo cronometrado de las condiciones de operación de una máquina, o alertar a operadores de una parada de máquina a cualquier hora.

Interconectando procesos a solo una idea de distancia

Cuando la tecnología ofrecida por un constructor de máquinas herramienta cruza a procesos no relacionados, la automatización puede proporcionar el enlace productivo inesperado. Methods Machine Tools Inc. (Sudbury, MA), un proveedor de máquinas herramienta, tecnología de impresión 3D y automatización, dio un «salto cuántico» al combinar los procesos para aumentar la producción en manufactura 3D. La célula de automatización combina manufactura aditiva con robótica y procesos sustractivos con el objetivo de proporcionar post-procesamiento para producción rápida y altamente eficiente de piezas 3D terminadas.

La célula Methods de 20 pies (6 m) incluye una estación de alimentación de producto impreso en 3D, que transporta piezas 3D en placas de construcción a un EDM FANUC C600 que hace un corte para separar parcialmente las piezas de las placas de construcción. En la siguiente estación, un robot FANUC rompe las placas de las piezas impresas y transfiere las piezas a un FANUC RoboDrill para operaciones de mecanizado final. Los Robodrills son especialmente favorecidos en entornos de planta por su huella de automatización compacta y autocontenida. Diseñada para manufactura lights-out, la célula reduce el tiempo total para completar piezas desde impresión 3D hasta post-procesamiento final, reportadamente cuadruplicando el rendimiento total de piezas mientras elimina mano de obra manual. El socio de impresión 3D de Methods Machine es 3D Systems Corp. (Rock Hill, SC), el originador de la impresión 3D.

Manufactura inteligente significa conectividad IIoT

Dos constructores de máquinas herramienta, Mazak Corp. (Florence, KY) y Murata Machinery USA Inc. (Charlotte, NC), han colaborado para desarrollar un sistema de manufactura inteligente combinando el mecanizado, automatización y tecnologías inteligentes de Mazak con el sistema automatizado de almacenamiento y recuperación de alta densidad de Muratec. El resultado es el Mazatec SMS (sistema de manufactura inteligente) que proporciona manufactura desatendida lights-out y alta salida así como conectividad IIoT.

El Mazatec SMS empareja múltiples centros de mecanizado horizontales y/o máquinas multitarea de Mazak con un sistema tipo almacenador orientado verticalmente de Muratec que tiene pallets, cubo de material y grúa de almacenador de alta velocidad. Para adaptarse a las necesidades específicas de producción y espacio de cada fabricante, el sistema modular puede tener hasta 150 almacenadores (en diferentes tamaños) en una configuración de seis niveles que aumenta la eficiencia espacial significativamente.

La tecnología SmartBox IIoT de Mazak y el software de gestión de producción Smooth PMC son componentes clave del SMS. El sistema automatizado de Muratec controla todas las interconexiones y sincroniza con el host ERP/MRP y MES de un fabricante. Como resultado, el Mazatec SMS está diseñado para convertirse en una solución de fábrica inteligente para control, monitoreo y optimización de procesos para producir una variedad de piezas de trabajo —incluso en tamaños de lote pequeños— con alta eficiencia. El Mazatec SMS puede incorporar varios tamaños y tipos de máquinas herramienta en el mismo sistema de manufactura automatizado. Equipos periféricos para el Mazatec SMS incluyen estaciones individuales para carga y centrado, carga inclinada, carga de elevación y bajada, configuración de trabajo y lavado de piezas. Además de mantener las máquinas herramienta suministradas con trabajo, la grúa del almacenador maneja la entrada general de piezas en bruto del Mazatec SMS y la salida de piezas terminadas.

La automatización depende de software, foco IIoT

Shop Floor Automations (SFA; La Mesa, CA) se especializa en software de automatización de manufactura que suministra a talleres con monitoreo de máquinas, redes CNC (software DNC), seguimiento de herramientas y gestión de datos de producción. «Nuestras tecnologías avanzadas trabajan con protocolos como MTConnect, OPC UA, Okuma Thinc, Modbus y FANUC FOCAS», dijo Guy Barrow, ejecutivo de cuentas. «Nuestras soluciones son exitosas para talleres de máquinas CNC, talleres de fabricación, talleres de moldes, y cualquier taller que tenga que ver con el proceso de manufactura. Talleres incluyen aquellos que hacen [altos volúmenes de piezas aeroespaciales, piezas médicas, armas de fuego, y piezas automotrices, así como combinaciones de producción/talleres de trabajos».

Según Barrow, los clientes de SFA quieren eliminar medios antiguos en la planta sin reemplazar sus máquinas. Se están volviendo inalámbricos y reemplazando unidades de disquete. «Mientras que transferencias de programa y control de revisión CNC son necesarios, diría que el monitoreo de máquinas es popular para nosotros ahora. La eficiencia de máquina es muy importante para los clientes. Tenemos ingenieros a mano para personalizar soluciones que se ajusten a las preocupaciones de producción del cliente. Los talleres quieren invertir en estándares Industria 4.0 e IIoT, así que eso tiene un efecto positivo en nuestra mezcla de productos. Siempre probamos nuevas soluciones para resolver los problemas para clientes de métodos alternativos de transferencia de programa/comunicación/gestión, aumentando utilización de máquina, control de revisión, volviéndose sin papel, y mejor preparación de auditoría. También les ayuda a asumir otras metas, como certificación ISO, manufactura lights-out, e integración con otras soluciones, como software ERP».

Automatización a pequeña escala con gran capacidad

Una combinación de centros de mecanizado con sistemas de manejo de pallets ha demostrado ser buena para un sistema de automatización para series a pequeña escala hasta tamaños de lote de uno. Por esa razón, Liebherr Automation Systems Co. (Kempten, Alemania; y Saline, MI) ha expandido su oferta de productos de automatización con el PHS Allround. Los objetivos del sistema de automatización inteligente son mayor eficiencia y operación simple independiente del tamaño y peso de la pieza. El sistema traslada la configuración de las piezas de trabajo de la máquina a una estación de configuración separada y almacena las piezas preconfiguradas en un área de almacenamiento intermedio. Las piezas preconfiguradas almacenadas en el sistema compensan tiempos de corrida de máquina cortos y largos, y permiten turnos con muy poca o incluso ninguna mano de obra, lo que a su vez permite optimizar precios unitarios hasta en un 20 %.

Liebherr desarrolló la clase compacta PHS Allround para usuarios universales. Según la empresa, el PHS Allround cierra la brecha entre la solución de sistema de carga rotativa RLS de nivel de entrada de Liebherr y el sistema de manejo de pallets PHS Pro individualmente configurable. El sistema de manejo de pallets PHS Allround permite a un gran grupo de usuarios moverse a producción flexible en combinación con centros de mecanizado de cuatro y cinco ejes. El nuevo concepto modular en tres clases de peso para cargas hasta tres toneladas es flexible y puede configurarse y expandirse individualmente. Esto corresponde a tamaños de pallet de 500 x 500 mm a 1000 x 1000 mm.

Automatización personalizada apunta a operaciones secundarias para célula de manufactura de extensión de cañón AR-15

Hydromat, un nombre sinónimo de producción de alto volumen en la planta, ha diseñado y construido una célula personalizada en proceso para eliminar manejo adicional y operaciones secundarias para una pieza de extensión de cañón para el popular rifle estilo AR-15. Anteriormente, esta pieza se habría producido en múltiples máquinas.

La solución fue proporcionada con la tecnología de máquina EPIC de Hydromat con automatización y procesos de mecanizado añadidos. El equipo de ingeniería de Hydromat ideó un proceso que haría el trabajo sin ninguna operación fuera de la célula —desde barra en bruto hasta pieza terminada.

Los ingenieros de Hydromat propusieron un proceso de célula de producción Barrel Extension OP 10 / 20 /30. Esta solución incluye una salida de la máquina Hydromat EPIC a una célula de proceso de transferencia de cuatro estaciones broca/acuñación/desbarbado Op 20 personalizada integrada antes de regresar a la máquina Hydromat para Op 30 finalización de pieza. Durante el proceso de mecanizado, la pieza se remueve de la máquina, se brocha en una célula separada, y luego regresa al proceso de transferencia rotativa para ser terminada. La máquina de transferencia rotativa EPIC 32/45-16 incluye integración completa con automatización robótica y célula Op 20.

OP 10 comienza con un alimentador de barra en haz que alimenta la barra en un portapiezas y corte en estación uno. El blank de pieza se mueve de estaciones dos a ocho con procesos de mecanizado específicos en cada una para las características en el primer lado de la pieza. En la estación nueve de la máquina EPIC, la pieza es extraída con el primer robot FANUC del portapiezas y colocada en una posición abierta en la bandeja de alimentación en la célula de proceso Op 20. El segundo robot recoge la pieza con una de las mandíbulas dobles Schunk y la coloca en la mandíbula en la posición uno de la mesa dentro de la célula.

Después de verificación láser de posición, la pieza es transferida a la segunda estación. La pieza es extraída de la mandíbula por un sistema de transferencia neumático y colocada en la posición de proceso de broca donde la máquina de broca hace su trabajo.

Ty Miles Inc. (Westchester, IL) suministró la máquina de broca y herramientado para la operación. Una vez completado el brocado, el sistema de transferencia neumático relocaliza la pieza en la mandíbula antes de ser llevada a la tercera posición para acuñación.

La pieza es luego transferida a la cuarta posición para un paso final de desbarbado de broca antes de regresar a la posición uno para ser descargada y colocada en una posición abierta en la bandeja de descarga. Desde esta posición la pieza es devuelta a la máquina Hydromat EPIC para Op 30 en estaciones 9H a 16H para mecanizado de características en el segundo lado de la pieza. Una vez completa, otro robot FANUC extrae la pieza de extensión de cañón terminada del portapiezas y la coloca en una cinta transportadora para remoción. Con un tiempo de ciclo de 15,0 segundos, el proceso rinde 240 piezas por hora de producción desde barra en bruto hasta finalización del mecanizado requerido de la pieza. Después de tratamiento térmico, un proceso de rectificado prepara la pieza para el mercado.