Impulsa el rendimiento de máquinas con monitoreo en tiempo real

Tener un plan para mantener y mejorar el rendimiento y confiabilidad de cada máquina en una planta es vital para las operaciones de manufactura. Las máquinas confiables hacen posibles producciones con aviso corto. Y cuanto más flexibles son los fabricantes, más nuevos clientes atraerán.

La base de las estrategias más efectivas para obtener niveles más altos de productividad en la planta comienza con el monitoreo en tiempo real. Tener un flujo de datos en tiempo real contextualmente rico de cada máquina en la planta es invaluable para mejorar cada corrida de producción y permitir que el diseño a manufactura alcance su máximo potencial. Este artículo examina:

• el papel del monitoreo en tiempo real en la definición del rendimiento base de una máquina,
• cómo el monitoreo en tiempo real ayuda a que las estrategias de diseño a manufactura (DTM) tengan éxito,
• los beneficios de usar monitoreo en tiempo real para afinar tu plan de aptitud de maquinaria,
• cómo empezar en la preparación de un plan de aptitud de maquinaria, y
• estrategias para alinear la maquinaria con un proceso de diseño a manufactura ágil.

Definiendo el rendimiento base

Los planes de aptitud sólidos que entregan cambios duraderos comienzan con una base real de rendimiento, y lo mismo se aplica para cualquiera que comience a ejercitarse como para la maquinaria en una planta. Para crear planes de aptitud para su maquinaria que generen resultados, los fabricantes confían en el monitoreo en tiempo real para los datos base que necesitan. Al hacer del monitoreo en tiempo real una parte integral de cada corrida de producción, están haciendo de las mejoras permanentes la nueva normalidad.

Dos encuestas recientes realizadas por Decision Analyst en conjunto con IQMS/Dassault Systèmes ilustran cómo los fabricantes ahora confían en el monitoreo en tiempo real para mejorar la productividad de la planta, incluyendo el establecimiento de líneas base de rendimiento de maquinaria que son la base para crear planes de aptitud de maquinaria individualizados.

Notablemente, la encuesta de Decision Analyst a 150 fabricantes norteamericanos en 2019 reveló que el 82% de los encuestados manufactureros están poniendo máxima prioridad en actualizar máquinas existentes o comprar nueva maquinaria para obtener insights del monitoreo en tiempo real. Estas empresas están reemplazando maquinaria de producción totalmente depreciada con máquinas inteligentes y conectadas de última generación que pueden autodiagnosticar su condición y reportar problemas —proporcionando los datos en tiempo real en el contexto de sus condiciones operativas que son invaluables para afinar planes de aptitud. Además, para optimizar su monitoreo en tiempo real, el 38% de los fabricantes encuestados están invirtiendo en software de sistema de ejecución de manufactura (MES), como se ve en la Figura 1, inmediatamente a continuación.

Mientras tanto, en la encuesta de Decision Analyst de finales de 2018, el 81% de todos los fabricantes declaró que el monitoreo en tiempo real estaba mejorando su negocio. Y en industrias de proceso intensivo, particularmente manufactura de plásticos, el 87% de los fabricantes reportó que el monitoreo en tiempo real era esencial para sus operaciones. En general, el 63% de los fabricantes anticipó que podrían rastrear mejor la aptitud individualizada de cada máquina a través del monitoreo en tiempo real, revisando tasas de utilización por tipo de corrida de producción, desperdicio y reporte de tiempo de inactividad, como se ilustra en la Figura 2, inmediatamente a continuación.

Ayudando al éxito del diseño a manufactura

El monitoreo en tiempo real es esencial para sincronizar la diversa base de sistemas y procesos de manufactura necesarios para crear un único entorno de diseño a manufactura donde diseñadores, ingenieros, gestión de calidad y equipos de producción puedan colaborar juntos. El diseño a manufactura se basa en la integración de equipos de ingeniería, calidad y manufactura en el mismo modelo de datos de producto. El monitoreo en tiempo real de maquinaria de producción contribuye a este modelo de datos al proporcionar retroalimentación vital a cada equipo sobre la fabricabilidad, calidad y escala de cada nuevo producto producido. Es un ciclo de retroalimentación esencial para todos en el proceso de diseño a manufactura, contribuye directamente a extender la vida útil de la maquinaria en la planta.

Diseñadores, ingenieros, gestión de calidad y equipos de producción obtienen insights valiosos sobre cómo cambiar un modelo de producto impacta la eficiencia y confiabilidad de la maquinaria de producto incluyendo tiempo medio entre fallas (MTBF). Los equipos de diseño a manufactura toman un enfoque más ágil e iterativo para crear nuevos productos impulsado por los insights que ganan de datos de monitoreo en tiempo real. Lo más importante es la contribución del monitoreo en tiempo real para permitir que los diversos miembros de estos equipos se sincronicen en un modelo de producto común. Tomar un enfoque más colaborativo para crear nuevos productos basado en diseño a manufactura mejora tanto la calidad del producto como la rentabilidad al reducir errores en producción mientras aumenta tasas de rendimiento.

Afinando un plan de aptitud de maquinaria

Hay tres razones principales por las que un plan de aptitud basado en monitoreo en tiempo real es un excelente lugar para comenzar a armar una estrategia de diseño a manufactura que establece la base para un crecimiento sólido de ingresos.

Crear prototipos más rápido basados en diseños de modelo inicial mientras se evalúa su calidad y escala de producción basados en retroalimentación de monitoreo en tiempo real. Por ejemplo, un fabricante de plásticos especializado en productos marinos confía en diseño a manufactura para definir el modelo de producto inicial y luego producir prototipos en cuestión de horas usando una impresora 3D de alta velocidad combinada con un dispositivo de imagen basado en estereolitografía. Una vez que los prototipos del modelo de producto son aprobados por clientes, el mismo modelo se produce usando software de manufactura asistida por computadora (CAM) para crear el molde de producto inicial. A partir de ahí, comienza el proceso de producción. Crear y probar digitalmente la calidad y durabilidad de los productos primero ahorra al cliente y al fabricante de productos marinos miles de horas y dólares al año. Demuestra cómo un enfoque de diseño a manufactura detecta problemas antes y lleva nuevos productos al mercado más pronto.

Ayudar a construir demanda para nuevos productos antes de que se envíen tomando un enfoque de diseño a manufactura para la producción en el que los datos en tiempo real de cada máquina ayudan a los planificadores de producción a definir el flujo de trabajo óptimo para cada nuevo producto. Por ejemplo, un proveedor líder de productos OEM basados en fibra de carbono para las industrias automotriz, bienes de consumo envasados y manufactura de procesos plásticos primero crea un modelo de prototipos de clientes, proporcionando imágenes renderizadas de nuevos productos con mucha antelación a las fechas de envío. Los clientes usan las imágenes renderizadas para planificar sus campañas de marketing y venta, ensamblar materiales de habilitación de ventas y definir empaques. Aquí, el diseño a manufactura hace posible entregar más valor a clientes OEM y ayudarlos a tener éxito vendiendo sus nuevos productos.

Proporcionar a los clientes más opciones con sus modelos de producto base a través de estrategias mejoradas de configurar-preciar-cotizar (CPQ) y configuración de producto. Aquí, el monitoreo en tiempo real proporciona retroalimentación a los equipos de diseño a manufactura sobre qué productos configurables son los más eficientes, producibles y rentables de construir. Un caso en punto es el enfoque altamente exitoso de BMW para vender Mini Coopers personalizados usando configuradores de producto en línea y en concesionarios, respaldado por un enfoque basado en modelo para manufactura. CPQ y configuración de producto sobresalen cuando todos los sistemas que apoyan estas estrategias están sincronizados y funcionando a un ritmo común. El diseño a manufactura hace que eso suceda. Y esa es una gran noticia para fabricantes que pueden aumentar las tasas de utilización de centros de producción produciendo más productos personalizados —y de mayor margen— para clientes que antes.

Preparando un plan de aptitud de maquinaria

Para armar una estrategia de crecimiento exitosa, los fabricantes deben vincularla a un plan de aptitud para cada máquina herramienta. No solo extenderá sus vidas útiles, los datos adicionales sobre la salud de la máquina también mejorarán la programación de producción. Asignar los técnicos más calificados a la mejor combinación posible de máquinas para una corrida de producción específica se simplifica enormemente cuando cada máquina tiene un nivel consistentemente alto de aptitud de producción.

Al igual que alguien que se une a un gimnasio para ponerse en mejor forma, millones de fabricantes hoy tienen los inicios de planes de aptitud sólidos para su maquinaria. El desafío es ponerlos en acción y obtener resultados. Los siguientes cuatro pasos son una excelente manera de comenzar:

Capturar datos base para cada máquina a través de varios turnos para verificar cualquier variación notable y fácilmente definida en la salida. Crear un conjunto de datos del rendimiento de cada máquina en la planta es el punto de partida para cada plan de aptitud de máquina individualizado.

Elegir un conjunto inicial de métricas que cada máquina sea capaz de reportar hoy para completar la comparación base. Cada máquina puede ser analizada en cuatro métricas: tiempos de ciclo, tiempos de configuración, tasas de desperdicio/reproceso, y rendimientos. Las diferencias entre máquinas se mostrarán inmediatamente. Saber qué tan bien se desempeña cada máquina contra estos cuatro criterios proporciona información invaluable sobre cómo se puede extender su vida útil.

Identificar la maquinaria más y menos en forma analizando los datos base e indexando la actividad previa de máquinas a devoluciones de clientes y problemas de calidad. La maquinaria responsable del porcentaje más alto de devoluciones de clientes y problemas de calidad a menudo son las mismas máquinas que muestran tasas anormalmente altas de desgaste. Verificar que sus estimaciones de tiempo medio de reparación (MTTR) y MTBF sean precisas es un prerrequisito para prolongar la vida de la máquina y aumentar las tasas de calidad y rendimiento del producto.

Combinar monitoreo en tiempo real con actualizaciones de maquinaria para descubrir cómo la secuenciación de producción impacta la confiabilidad y rendimiento de la maquinaria con el tiempo. Saber por qué ciertas máquinas están comenzando a fallar puede tener más que ver con su posición relativa en un flujo de trabajo de producción de lo que inicialmente puede ser aparente. Por eso el monitoreo en tiempo real combinado con las últimas actualizaciones a maquinaria inteligente y conectada tiene sentido. Juntos, esos pasos eliminan dos fuentes potencialmente grandes de variación para entender cómo prolongar la vida útil de las máquinas.

Alineando maquinaria con DTM

Cuando los equipos capitalizan el rendimiento y escala más altos de maquinaria que se gestiona con un plan de aptitud más riguroso y exhaustivo, están posicionados para asumir proyectos de diseño a manufactura más ambiciosos. Conocer la escala, velocidad y confiabilidad de cada máquina involucrada en producir un nuevo producto aporta aún mayor agilidad a los procesos concurrentes de diseño, desarrollo, ingeniería, calidad y producción que juntos crean un marco de diseño a manufactura.

Donde los fabricantes ven el mayor beneficio de comprometerse con un plan de aptitud de maquinaria riguroso y continuo es en acelerar líneas de tiempo de desarrollo de nuevos productos mientras reducen costos. Saber cómo reaccionará cada máquina a nuevos requisitos de producción es invaluable para reducir errores en todo, desde conceptos de diseño iniciales hasta instrucciones de trabajo.

Otro beneficio clave de combinar planes de aptitud con diseño a manufactura es que los equipos colaborativos saben en cuánto han mejorado las tasas de rendimiento de maquinaria y qué significa eso para futuras corridas de producción.

Finalmente, los planes de aptitud para máquinas crean la base más sólida que existe para que los fabricantes den a sus equipos de CAM, diseño asistido por computadora (CAD), simulación/análisis de elementos finitos (FEA), eléctrico, inspección y manufactura la seguridad de que pueden perseguir ciclos de desarrollo, prueba y lanzamiento de producto más rápidos que nunca. Cuando cada sistema en el proceso de manufactura funciona a un ritmo o velocidad de reloj diferente, lograr concurrencia es imprescindible, y el diseño a manufactura combinado con planes de aptitud de maquinaria continuos son esenciales. (Nota del Editor: Este artículo es una versión extendida de una columna Viewpoints que aparece en la edición de septiembre 2019 de Manufacturing Engineering)

Sobre los Autores

Louis Columbus es principal en la empresa de planificación de recursos empresariales de manufactura IQMS (ahora DELMIAWORKS, parte de la familia Dassault Systèmes). Michael Buchli es un gerente senior de SolidWorks producto y cartera en Dassault Systèmes.