Automatización accesible: Impulse la eficiencia para todos los fabricantes

La automatización antes era solo para grandes fábricas, ahora los pequeños talleres también se benefician

La automatización de talleres se está acelerando, impulsada por la influencia combinada de Industry 4.0, la continua escasez de mano de obra manufacturera calificada y la pandemia de COVID.

La disponibilidad de más opciones robóticas y de transporte de materiales personalizadas que nunca está ayudando a fabricantes más pequeños a producir más mientras mueven operadores a tareas de mayor valor agregado. La creciente demanda de equipos de protección personal (EPP), junto con la necesidad de proteger trabajadores, también ha intensificado los esfuerzos de automatización de los talleres.

Los beneficios de la automatización, claramente amplificados durante la pandemia, fueron resumidos acertadamente por Courtney Ortner, directora de marketing de Absolute Machine Tools, con sede en Lorain, Ohio: «Con el uso de cobots (robots colaborativos), tienes un compañero de trabajo y no tienes que preocuparte por el distanciamiento social. Además, muchos talleres están perdiendo trabajadores por cuarentena, así que esto permite que un taller continúe funcionando incluso con la pérdida de personal. Y no podemos olvidar que las capacidades de manufactura lights-out son más comunes gracias al uso de automatización; incluso con un cobot, puedes configurar un trabajo un viernes por la noche y para el lunes por la mañana está hecho – a menudo permitiéndote estar adelante de tu ciclo de producción».

El avance de los cobots

Los robots son a menudo lo primero en lo que piensa la gente cuando el tema gira hacia la manufactura automatizada. Su variante segura para humanos, los cobots, continúan mejorando en facilidad de configuración, flexibilidad y carga útil.

Desde su introducción hace 15 años, las unidades de Universal Robots (UR), Boston, se han convertido en un pilar en talleres, particularmente en entornos de alta mezcla, bajo volumen. Con una versión de carga útil de 16 kg (UR16) introducida en 2019, UR sigue empujando los límites de dónde pueden encajar los robots en un flujo de trabajo de producción.

2020 ha sido un año especialmente ocupado, señaló Joe Campbell, jefe de marketing de UR para Norteamérica. Han surgido dos temas: reorganización impulsada por la pandemia y adopción de nuevos modelos de producción.

Los talleres pequeños en particular –apretados para usar eficientemente cada pulgada de espacio limitado– están desplegando cobots para mantener a los trabajadores socialmente distanciados, señaló. «Si tienes un grupo de tres herramientas, pones uno o dos cobots para dar espacio a los operadores».

Además, los talleres están despertando a cómo los cobots pueden impulsar el resultado final. «Los talleres están mirando de manera diferente» el horario solo de días laborables «y descubriendo que el equipo de manufactura está abierto a más flexibilidad». Un cliente de UR creó un turno de fin de semana y descubrió que muchos miembros del equipo adoptaron la nueva oportunidad. En otros casos, talleres que anteriormente contaban con un operador calificado que realizaba configuración y carga de máquina han añadido cobots para la función de carga mientras el operador supervisa múltiples máquinas.

Las unidades UR ahorran horas en tiempo de configuración. Pueden configurarse para funcionar en piso, pared o techo a través de la pantalla táctil; otros robots a menudo se construyen especialmente para una orientación particular. Los tiempos de ciclo también se reducen, particularmente porque los cobots UR pueden configurarse con un doble gripper para descargar simultáneamente una pieza terminada e insertar un nuevo blanco.

Crítico para la flexibilidad de UR es la capacidad de combinar sus cobots con una variedad de equipos y software de terceros. Estos se acceden a través del programa UR+, «una especie de app store» para UR, dijo Campbell. Las interfaces mecánicas, eléctricas y de software para robots UR son publicadas, y terceros desarrollan productos para cumplir esas especificaciones. «Más importante, nos los envían para pruebas y validación. Si decimos que un gripper es plug-and-play, lo es – porque lo probamos».

Incluidos en el ecosistema de 288 periféricos de UR están revistas de piezas, sistemas de visión, sensores, opciones de montaje, cubiertas de robot y apps. Por ejemplo, Beacon de Hirebotics permite a operadores monitorear cobots vía nube. «Puedes ver estadísticas de producción y hacer ajustes sobre la marcha», dijo Campbell.

En marzo, el programa UR+ se expandió para incluir kits de aplicación que combinan componentes como grippers con software «para resolver un problema de aplicación particular». Un kit, de Robotiq, presenta una lijadora orbital, hardware de montaje, mangueras de vacío y software que permite a usuarios programar un protocolo de lijado para un producto como muebles o gabinetes. «Puedes programar contornos complejos en minutos, no días», dijo Campbell. Mientras tanto, el kit ActiNav de UR es un kit flexible de carga de máquina que permite a usuarios tomar partes de un contenedor y cargarlas en varias máquinas en una orientación precisa. «Puedes introducir una nueva parte en el sistema en menos de una hora».

Otra clave para que los talleres adopten automatización es la opción de capacitación virtual. UR recientemente pasó el hito de capacitar a más de 100.000 operadores en línea a través de UR Academy, que presenta módulos gratuitos de capacitación en programación y despliegue de cobots UR.

«Si tienes que enviar a tus tres tornos líderes fuera de sitio durante la mejor parte de una semana para capacitarse, tu producción se aplasta», dijo Campbell. Los talleres pequeños «realmente se sienten atraídos por la capacidad de hacer el 90 por ciento de su capacitación en línea».

Carga rápida para el futuro

Además de las presiones de automatización de la pandemia, la relocalización de producción a EE. UU. es otro impulsor importante de robots y equipos de carga para talleres.

«Fabricantes y talleres que históricamente han sido lentos para adoptar robótica están comenzando a abrazar la robótica más que nunca», dijo Jake Corning, gerente de producto e ingeniero mecánico para Acieta LLC, Waukesha, Wisconsin. «Como hay más conocidos que desconocidos, tanto el interés como los pedidos han aumentado desde que comenzó la pandemia. Ven el beneficio que la robótica ofrece para mantener sus máquinas funcionando y piezas siendo fabricadas incluso en tiempos de distanciamiento social, empleados enfermos y/o cierres que están afectando capacidades de producción».

Además, con la cadena de suministro global interrumpida, «también ven que la pandemia va a traer una tremenda cantidad de reshoring de vuelta a Estados Unidos. Enfrentarán una escasez de mano de obra aún más significativa que antes de la pandemia si no abrazan la automatización. En última instancia, a pesar de la tragedia que la pandemia ha infligido en nuestro país, los fabricantes estadounidenses ya están abrazando más cómodamente la tecnología robótica y viendo los beneficios que mejorarán su competitividad, mejorarán la satisfacción y lealtad de los trabajadores, y entregarán al consumidor estadounidense precios más competitivos».

Acieta ofrece una gama de soluciones particularmente adecuadas para rutinas de alta mezcla, bajo volumen, explicó Corning.

«Los sistemas FastLOAD CX1000 y CR2000 están destinados a ser fáciles de usar para usuarios de robots por primera vez», dijo. «Nuestra interfaz de pantalla táctil para el CR2000 hace que sea muy fácil operar el robot con diferentes tamaños de pieza. El operador solo necesita ingresar los parámetros de la pieza, y el sistema ajusta automáticamente el programa para ejecutar las nuevas piezas. Los grippers del robot y la fijación de piezas son flexibles para una amplia variedad de tamaños de pieza para que muchas piezas diferentes puedan correr en el mismo sistema».

Los cambios en el CR2000 pueden hacerse en minutos, y los sistemas CX1000, CR2000 y DR2000 están diseñados para que el robot pueda seguir funcionando mientras el operador carga o descarga piezas. «Esto permite que las máquinas trabajen sin parar durante descansos, almuerzos e incluso fuera de turnos mientras haya suficientes piezas de entrada».

Montado sobre ruedas, el CX1000 es fácil de maniobrar en la planta. También está disponible con múltiples opciones de carros de fijación de cambio rápido y usa el robot CRX-10iA/L de FANUC, «que tiene una interfaz de pantalla táctil muy fácil de usar con iconos de programación drag-and-drop», dijo Corning. «Cuando sus desafíos son más complejos o a mayor escala, nuestras soluciones personalizadas también pueden diseñarse para tiradas de piezas de alta mezcla, bajo volumen usando tecnologías como visión, cambiadores de herramienta de extremo de brazo y fijación flexible».

Las celdas de cuidado de máquina acompañantes de Acieta han resultado populares, señaló Corning. «Son sistemas de robot estándar diseñados para trabajar con una amplia variedad de piezas. Al ser productos estándar pre-ingenierizados, son mucho menos costosos que un sistema personalizado tradicional y pueden entregarse en tan solo una semana. Los tres sistemas pueden atender múltiples máquinas herramienta a la vez. Además, nuestros sistemas CX1000 y CR2000 utilizan robots colaborativos, que ayudan a maximizar el uso del espacio de planta porque no requieren vallas de seguridad».

Para talleres que automatizan por primera vez, un gran punto de partida es el CX1000 colaborativo, dijo Corning. Al liberar a los trabajadores de tareas repetitivas, la automatización les permite «aprender a programar o hacer mantenimiento en un sistema robótico. Un operador que antes atendía una máquina ahora puede gestionar sistemas robóticos en múltiples máquinas».

Resolviendo problemas esenciales

Con su íntima comprensión del mecanizado y las necesidades únicas de los talleres, Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., ayuda a los fabricantes a automatizar con miras a traer más negocio mientras crean una fuerza laboral más calificada.

«Necesitamos más buenos mecanizadores», afirmó John Lucier, gerente de automatización FANUC para Methods. «Eso es con lo que nos ayudan los robots. Los robots ayudan a los talleres a conseguir más trabajos para poder poner más mecanizadores a trabajar». Un mecanizador bien capacitado no está cargando y descargando máquinas, «está configurándolas, seleccionando herramientas y escribiendo programas».

Como otros proveedores, Methods ha visto un pico en automatización relacionada con la pandemia, dijo, particularmente para producir piezas de ventiladores.

Antes de la pandemia, Lucier recordó visitar muchos talleres de bajo volumen que miraban automatización por primera vez. Operaciones de volumen medio que cambian celdas dos o tres veces por semana para producir aproximadamente 5.000 piezas se están volviendo comunes, y Methods proporciona la línea Job Shop Cell Pro basada en transportadores para esos entornos. Divisores de carril ajustables permiten cambio rápido entre piezas pequeñas y grandes. Otra opción popular es una serie de cajones con una placa de acero o aluminio con agujeros para 20 a 40 piezas.

El sujeción de pieza es otra consideración importante, agregó Lucier; los tornos automatizados son una solución relativamente simple. «No tiene que ser complejo, con abrazaderas oscilantes y cosas así. Podría ser algo como un buen tornillo o torno con neumática o hidráulica para abrir y cerrar, y estás haciendo tus propias mordazas – no muy diferente de lo que muchos talleres hacen con tiradas de unas 50 piezas».

Para piezas de bajo volumen, incluso tan bajo como tamaños de lote de uno, Methods ofrece los sistemas de carrusel rotativo robótico Plus-K y Plus-K 60. «No estamos haciendo la pieza específica para el robot; el robot está configurado para traer sujeción genérica dentro y fuera de la máquina, ya sea un pequeño torno o palet. El robot está configurado para agarrar una característica común en el frente de la sujeción». Las piezas se cargan en un torno manual, y el robot está pre-programado para actuar como un sistema de carga de palet; no se necesita programación del usuario final. Este sistema también mejora la oferta estándar de herramientas en el RoboDrill, pasando de 21 a 161 herramientas opcionales.

Con soluciones como estas, los talleres típicamente ven retorno de inversión en menos de 12 a 18 meses. «Nuestro objetivo es convencerte de correrlo dos o tres turnos – tomar una celda robótica, llenar el sistema de alimentación con piezas e irte a casa a las 5:00 PM, y obtener dos a seis horas de tiempo de ejecución. Si puedo conseguir un sistema automatizado que maneje el 80 por ciento del trabajo que planeas hacer, lo estamos haciendo muy bien».

Informando las soluciones de Methods está una conexión de larga data con talleres y conocimiento de cómo funcionan, señaló Lucier, él mismo un mecanizador de oficio. Por ejemplo, a menudo recuerda a los talleres que pueden mecanizar sus propios grippers de acero o aluminio. Y, ajustar los programas pre-cargados en robots puede ser más fácil que programación CNC. El grupo de integración de automatización de la empresa está agudamente consciente de los problemas que rodean a las máquinas herramienta, desde refrigerante y virutas hasta rotación de herramienta, vida de herramienta, desbarbado y más.

«Si vas a poner robots en máquinas herramienta, quieres un integrador de robots que haga eso», concluyó Lucier. «Los beneficios de los robots no deberían ser difíciles de justificar».

Evaluando necesidades, añadiendo velocidad

Entender las necesidades de automatización de un taller comienza con una evaluación exhaustiva del volumen requerido para aumentar la productividad.

Cuando es contratado por un cliente, dijo Ortner de Absolute, «hacemos un layout de sistema, decidimos mejores prácticas para automatizar – sistemas transportadores, robots, manipulación de materia prima, manipulación de pieza terminada – luego lo diseñamos en CAD para asegurar que todas las piezas encajen en su plano de planta, todo mientras trabajamos dentro de su presupuesto».

Además de ofrecer una gama de equipos de automatización estándar, desde cobots hasta manipulación de piezas hasta monitoreo, Absolute «ofrece un paquete llave en mano», dijo Ortner. «Buscamos lo que sentimos es la mejor solución y trabajamos con esos proveedores para asegurar el éxito».

La experiencia de Absolute en buscar el equipo correcto claramente da frutos, señaló. «Un cliente usando un cobot OB7 está obteniendo 20 por ciento más eficiencia y mucho menos desperdicio en un turno. Pueden reducir tiempos de entrega en dos semanas en esta corrida particular, lo que abre la máquina o celda para trabajo adicional para un ROI más alto. Además, porque no tienen que hacer tareas repetitivas tan a menudo, hay menos reclamaciones de compensación laboral para la empresa – y los trabajadores no llaman enfermos tan a menudo tampoco, ahorrando [al taller] mucho dinero».

Como otros talleres han encontrado, la mayor disponibilidad de operadores para otras tareas a menudo significa «tienen más tiempo para contribuir a los procesos generales, como controles de calidad. Están más involucrados en gestión de proceso en lugar de simplemente presionar botones y están menos aburridos y fatigados».

Obtener esos beneficios puede ser sorprendentemente rentable, agregó Ortner. «Nuestra línea de cobots de Productive Robotics comienza en $34.900 para el paquete CNC básico. Puedes ir del paquete CNC básico y actualizar a una celda totalmente integrada usando varios cobots, transportadores, medición en proceso y métodos de presentación de piezas».

Monitoreo para mayor producción

Para ayudar a los talleres a mantener trabajos en horario y correr más proyectos desatendidos, Mitsubishi Electric Automation Inc., Vernon Hills, Illinois ofrece su monitoreo de máquina Integrated Machine Analytics (IMA) basado en MTConnect. La app móvil IMA ofrece una entrada fácil de instalar al monitoreo de máquina.

Con IMA, los talleres «pueden entender mejor la producción, lo que ayuda con la programación precisa de trabajos para aprovechar al máximo sus máquinas disponibles y horas de trabajo, así como cotizar con más precisión por más trabajos», dijo Robert Brodecki, gerente de producto de servicio móvil IMA para Mitsubishi Electric Automation.

El único hardware requerido es cableado Ethernet y un hub/switch si se conectan múltiples máquinas, y toma tan solo 5-10 minutos por máquina configurar, explicó. «Con el bajo punto de costo, los usuarios pueden ver ROI en días, especialmente si están corriendo producción desatendida o lights-out y han perdido tiempo de producción debido a una falla de máquina y no enterarse hasta más tarde. Con las notificaciones de IMA Mobile, sabrás dentro de 10 a 15 segundos si una máquina ha dejado de cortar, sin importar dónde estés».

El monitoreo de máquina mejora significativamente el rendimiento, agregó. «Solo mirando estado de ejecución, muchos talleres usualmente tienen máquinas corriendo trabajos entre 25 y 40 por ciento de su tiempo disponible. A través de monitoreo simple de estado actual vía IMA Mobile, pueden mover rápidamente eso a 50 por ciento o más pudiendo atender inmediatamente cualquier máquina que haya detenido producción por cualquier razón. Son datos reales directo de la máquina; elimina el juego de adivinanzas de cuánto tiempo la máquina estuvo cortando, en idle o apagada». Las horas de máquina disponibles se expanden corriendo más turnos con menos trabajadores – o desatendidos – sin producción perdida por una parada inesperada.

Con IMA Mobile, los operadores pueden moverse a tareas de valor agregado «sabiendo que la app les notificará cuando el trabajo termine o sea interrumpido por algo que necesita atención».

Con un costo de entrada relativamente bajo, Brodecki señaló, IMA permite a usuarios «entender su producción y hacer mejoras, así como empezar proyectos de mecanizado desatendidos más simples mientras se aseguran de que sus máquinas continúan funcionando. Como todo está construido alrededor del estándar MTConnect, si un usuario decide moverse a un sistema de monitoreo más profundo y personalizable, no necesitan pagar para volver a conectar sus máquinas; simplemente apuntan el nuevo software a los Agentes MTConnect y los datos de máquina son rápidamente accesibles».

Esa facilidad de entrada ha sido particularmente importante para automatizar en tiempos de COVID, concluyó. «Tiene sentido, ya que las empresas buscan automatizar más, pero es difícil saber exactamente dónde y cómo sin datos de producción precisos para identificar las áreas a automatizar. Al principio de la pandemia, muchas empresas con las que hablábamos seguían en la valla sobre monitoreo de máquina. A medida que la pandemia se ha prolongado y las empresas se dieron cuenta de que no podrían evitar la automatización y soluciones de trabajo remoto por más tiempo, han estado moviendo estos proyectos a la cima de la lista».