La digitalización impulsa un aumento del 20% en la producción de celdas de piezas automotrices

Los aumentos en tamaño y cantidad de sus pedidos llevaron al fabricante de piezas automotrices con base en Wisconsin Felss Rotaform LLC (New Berlin, WI) a expandir operaciones a través de una nueva celda de cuidado de máquina de doble robot. La empresa es proveedora de piezas de precisión usando sus procesos de rotación rotativa, formado axial y formado de extremos de tubo. Para cumplir los objetivos de mejora continua de procesos de la empresa, la nueva celda tenía que ser más segura, más rápida y más flexible que sus celdas de manufactura anteriores.

Para abordar la naturaleza compleja de la automatización, la empresa contactó a Siemens y al integrador de sistemas IAS Inc. (New Berlin, WI) debido a su historial en innovación y experiencia en robótica integrada y tecnologías de control. Seis meses después, Felss Rotaform se encontró operando una celda de manufactura integrada y digitalizada que estaba rompiendo los récords de productividad y rentabilidad de la empresa.

Mientras revisaban requisitos para su próxima celda de robótica de próxima generación, Felss Rotaform tenía varios objetivos. Primero, quería impulsar productividad desplegando nuevos PLCs de alta velocidad para lograr tiempos de vuelta de ciclo completo más cortos para cada pieza individual.

Segundo, quería explorar una solución de seguridad más avanzada que asegurara mejor control de quién entraba en la celda. En las celdas más antiguas, una máquina podía encenderse accidentalmente cuando una persona de mantenimiento estaba presente en la celda, poniendo a ese individuo en riesgo de lesión. Para evitar esto, Felss Rotaform quería un proceso automatizado para garantizar que la celda estuviera vacía una vez reiniciada.

Tercero, quería más flexibilidad para cambios de celda, lo que permitiría a la empresa probar y proporcionar una gama de productos más diversa para sus clientes. Las celdas más antiguas requerían que toda la celda se reprogramara cada vez que se realizaba un nuevo proceso, lo que podía tomar días en ejecutarse.

El objetivo inicial de Felss Rotaform era un tiempo de vuelta de ciclo completo de 48 segundos para cada pieza en la nueva celda (mucho más rápido que cualquiera de sus celdas más antiguas). El diseño e implementación de la solución aceleró el proceso completo de producción de piezas hasta 38 segundos, una mejora de eficiencia del 20%. Una vez implementada la nueva celda, el tiempo de inactividad pasó de días a horas para cambios complejos y, para cambios programados típicos, lo que solía tomar ocho horas ahora toma solo 15 minutos, según Chad Due, ingeniero de controles eléctricos de Felss Rotaform.

"Esta nueva celda puede producir en dos turnos lo que anteriormente tomaba tres lograr. Esto nos permite producir 600 piezas adicionales en un período de 24 horas. Además, la rentabilidad de la celda ha aumentado en un 13%", dijo Due.

Richard Parkhurst, gerente de cuenta de Siemens, sabía que IAS estaría fuertemente posicionado para lograr los objetivos de Felss Rotaform. "Algunos integradores realizan estrictamente desarrollo de software y otros son más hábiles en construir y ensamblar el hardware. IAS trajo una combinación de todas las habilidades y experiencia necesarias, incluyendo capacidades de robótica e ingeniería de seguridad", dijo.

IAS reconoció que los productos de Siemens serían críticos para ayudar a Felss Rotaform a lograr sus objetivos al proporcionar la velocidad, confiabilidad, flexibilidad y seguridad requeridas. Por ejemplo, una columna vertebral de comunicaciones digitalizada Siemens PROFIsafe basada en Ethernet fue diseñada en la celda para controlar seguridad de máquina y perímetro. La comunicación segura se proporciona entre los diversos PLCs y robots. Los relés PROFIsafe transmiten información de estado desde los dispositivos dentro de la celda al PLC principal y proporcionan una gran ventaja sobre tecnología más antigua porque tanto la comunicación estándar como la segura tienen lugar a través de un solo sistema de bus.

Todos los sensores y actuadores dentro de la solución PROFIsafe pueden programarse libremente dentro del concepto de seguridad distribuida, independientemente de su estación I/O. Esta flexibilidad permite a los operadores apagar actuadores selectivamente. Otras ventajas incluyen comunicaciones a prueba de fallos, diagnósticos avanzados y capacidades de hot swapping, que ayudan a reducir tiempo de inactividad.

Los PLCs Siemens Simatic S7-1500 con interfaz Profinet integrada también jugaron un papel importante en aumentar velocidades operativas. El bus de backplane de alta velocidad, con su alta tasa de baudios y protocolo de transmisión eficiente, rinde una ventaja de rendimiento crucial para procesamiento rápido de señales.

Según Simon Vancina, el ingeniero de aplicaciones de IAS y principal programador de robótica y PLC, "El PLC S7-1513F fue una gran elección para este proyecto debido a su velocidad, rango de tarjetas de expansión I/O disponibles, funcionalidad de controlador de seguridad programable, factor de forma relativamente compacto y bajo costo".

El Portal TIA de Siemens jugó un papel crítico en ahorrar tiempo y recursos de ingeniería al programar todos los PLCs y HMIs. El uso del Portal TIA acelera el tiempo al mercado por medio de herramientas de simulación, herramientas de productividad del programador, y diagnósticos adicionales.

"El Portal TIA me deja escribir código como quiero escribirlo y cambiar de un lenguaje de programación a otro cuando necesito", dijo Vancina. "Por ejemplo, con el Portal TIA pude elegir Ladder Logic para hacer secciones lógicas simples más fáciles de leer, y luego en la siguiente línea de código cambiar a algo como Texto Estructurado para implementar controles de proceso más complejos o cálculos. Casi todos los PLCs permiten el uso de los diversos lenguajes de programación IEC 61131-3, pero el Portal TIA te permite combinarlos de una manera única y efectiva. Esta es una característica muy conveniente que nos permite reducir nuestro tiempo de desarrollo de código y nos permitió poner este sistema en línea mucho más rápido".

Con el proyecto implementado, Felss Rotaform vio inmediatamente beneficios más allá de sus objetivos principales. Los grandes fabricantes automotrices siempre buscan probar nuevos productos. Cuentan con sus proveedores para asistirlos en el proceso de prueba. Los proveedores más receptivos en la fase de prueba a menudo son recompensados con nuevos negocios.

La nueva celda de manufactura en Felss Rotaform fue diseñada con pruebas de producto en mente. Puede correr seis números de pieza nuevos diferentes en una semana, lo que toma un mes entero en otra celda.

La nueva celda también es mucho más avanzada en su capacidad para detectar piezas defectuosas. Para fabricantes como Felss Rotaform, la trazabilidad juega un papel clave en reducir costos operativos. La celda puede ayudar a prevenir que piezas defectuosas sean enviadas detectando piezas defectuosas y colocándolas en un contenedor separado, incluso deteniendo la celda y alertando al operador si los defectos ocurren demasiado frecuentemente. Si una pieza defectuosa es enviada y encontrada por el cliente, podría significar la devolución de un envío completo, costando al proveedor cientos de miles de dólares.

IAS y Siemens están probando actualmente dos celdas de robot similares que se implementarán en 2018 e incluyen mejor seguimiento de mantenimiento para manufactura digital más avanzada. El nuevo sistema rastrea cuánto tiempo una máquina ha estado corriendo e indica cuándo partes clave críticas se acercan a sus umbrales de tiempo de ciclo proyectados.

Una solución siendo explorada es MindSphere, un sistema operativo de Internet de las Cosas (IoT) abierto basado en la nube que sirve como plataforma conectada con apps que proporcionan una gama de funciones, como reducir riesgos de seguridad y mejorar la disponibilidad de máquinas y plantas conectadas.

Además, el nuevo sistema incorporará analítica predictiva para enviar una alerta sobre problemas potenciales al control maestro de una celda. "El nuevo sistema te dice qué necesita ser reemplazado y qué tipo de pieza necesita el sistema. Escaneas la pieza antes de instalarla y te dice si es la pieza correcta para esa máquina", dijo Vancina.

Para más información de Siemens, vaya a www.siemens.com, o llame al 847-640-1595; de IAS, vaya a www.iasworldwide.com, o llame al 866-243-2402.