Automatización en acción: cómo los fabricantes aprovechan la robótica para el éxito

Historias de fabricantes que han implementado automatización: por qué lo hicieron, cuáles fueron los resultados —y consejos para otros que consideran un nuevo droide

¿Comprando una camioneta nueva? ¿Qué tal un reemplazo para ese motor de curricán cansado, o tratando de decidir si el restaurante tailandés que abrió el mes pasado es bueno? En estas y en innumerables otras situaciones de compra, el mejor consejo a menudo es hablar con clientes que hayan comprado esos productos o cenado esa cocina cuestionable. ¿Cuáles fueron sus experiencias? ¿Recibieron buen servicio y el producto cumplió sus requisitos? Quizás lo más importante, ¿lo comprarían de nuevo?

Lo mismo ocurre con los robots. Especialmente con los robots. Eso es porque, dada la continua escasez de mano de obra y el esperanzador resurgimiento de los esfuerzos de reshoring en EE. UU. y en otros lugares, la automatización robótica es clave para el crecimiento y la mayor eficiencia de la industria manufacturera. En ningún lugar es esto más cierto que con pequeñas empresas como MT Solar Co. de Charlo, Montana, donde el propietario y presidente Travis Jordan ha enfrentado un crecimiento rápido desde la fundación de la empresa. Jordan recurrió recientemente a robots colaborativos (cobots) como solución. Como resultó, su decisión cambió el juego.

"Empezamos haciendo manufactura y fabricación general hace unos 12 años, luego pivotamos a la industria solar a finales de 2014 con el lanzamiento de nuestra primera línea de productos insignia", dijo Jordan. "Habíamos invertido en una mesa de plasma CNC poco antes de eso, así que nuestro flujo de trabajo en ese entonces implicaba corte automatizado de las piezas individuales y luego soldarlas a mano. Ese enfoque funcionó bien hasta hace unos años, cuando el mercado solar realmente comenzó a despegar y tuvimos que escalar rápidamente. Pero como la mayoría de los talleres hoy en día, luchamos por encontrar mano de obra cualificada. Decidimos buscar la robótica como una forma de aumentar el rendimiento en parte de nuestro trabajo de soldadura repetitivo."

A pesar de su rápido crecimiento y demanda disparada, Jordan es rápido en señalar que su equipo de producción se enfoca en principios de manufactura esbelta, y por lo tanto fabrica sus sistemas de montaje personalizables en tamaños de lote pequeños sobre una base just-in-time. Su búsqueda de una solución escalable pero flexible eventualmente lo llevó a Universal Robots USA Inc. (UR) con sede en Ann Arbor, Michigan, donde encontró un sistema capaz de satisfacer las necesidades de bajo volumen y alta mezcla de la empresa. La Herramienta de Soldadura Cobot del socio de UR, Vectis Automation en Loveland, Colorado, está equipada con un cobot UR10e, un colgante integrado y software de "programación DIY", y está conectada a una mesa de sujeción modular portátil con fuente de alimentación integrada de Rhino Cart.

Jordan dijo que probaron varios sistemas de alta calidad durante su búsqueda, pero la mayoría estaban orientados hacia volúmenes de producción más altos, no los tamaños de lote de una docena de piezas o menores que MT Solar necesitaba procesar, a menudo sobre una base horaria. La mayoría también requerían jaulas de seguridad, un gasto que Jordan quería evitar si era posible. "Nuestras necesidades de sujeción también son mucho más simples que con un robot convencional", dijo. "Si una pieza no encaja y requiere soldadura manual, alguien puede simplemente saltar allí y hacerlo en la misma mesa, luego dejar que el cobot vuelva al trabajo. Eso no es posible cuando estás lidiando con todo tipo de protecciones y mesas giratorias pivotantes como ves en la mayoría de las celdas de soldadura automatizadas."

Quizás su único arrepentimiento es que no compró dos. "A finales de este año, planeamos traer otro cobot para poder dedicar uno a configuración y programación y un segundo para producción", dijo Jordan. "Eso nos permitirá lograr flujo continuo, según se necesita en un entorno esbelto."

Espacios reducidos

Steve Dillon comparte una historia de éxito similar con cobots, aunque con una lógica completamente diferente. El vicepresidente de CDP Diamond Products en Livonia, Michigan, es parte de la tercera generación de fabricantes de herramientas en la familia Dillon. Pero cuando propuso a sus hermanos que invirtieran en robots para mantener sus ocho máquinas de electroerosión por hilo (WEDM) de FANUC funcionando las 24 horas, eran escépticos pero accedieron a intentarlo.

Como su nombre sugiere, CDP Diamond Products diseña y fabrica una amplia gama de herramientas de corte de diamante personalizadas. Un paso en el proceso implica cargar la herramienta brasada en una mesa rotativa y cortar con hilo el perfil deseado en cada flauta, una operación que típicamente requiere alrededor de tres horas. Para maximizar el tiempo de actividad de la máquina y aumentar el rendimiento, Dillon equipó la mayoría de las WEDM con un par de mesas rotativas, pero esto solo le dio seis horas de mecanizado desatendido. Contactó a su distribuidor de FANUC, Methods Machine Tools Inc. en Sudbury, Massachusetts, para obtener asesoramiento.

"Al principio, sugirieron más mesas rotativas, pero esas cosas son increíblemente caras, y sabía que probablemente podría conseguir un robot por aproximadamente el mismo precio", dijo Dillon. "El problema era el espacio en el suelo. Había construido salas con temperatura controlada alrededor de las máquinas de hilo para maximizar la precisión de las piezas, y eso significaba que no había espacio para protecciones, jaulas y todo eso. Afortunadamente, FANUC acababa de introducir su serie de robots colaborativos aproximadamente en ese mismo momento."

Similar a la solución de soldadura de MT Solar, Methods proporcionó a CDP Diamond Products un soporte móvil que contiene bolsillos para dos docenas de portaherramientas HSK 63. A esto, conectaron un robot colaborativo FANUC CRX, que tiene suficiente alcance de brazo para atender dos máquinas. Dependiendo de la mezcla de herramientas, Dillon y su equipo ahora pueden correr dos o más turnos completamente desatendidos, y si un operador necesita intervenir y trabajar en una de las máquinas, la otra puede continuar como estaba.

"Es tan difícil encontrar gente que, cuando mi hijo estaba en la secundaria, le pedía que viniera por la noche a alimentar las máquinas", dijo Dillon. "Justo el otro día, me llamó desde la universidad, preguntando si teníamos trabajo para él. Tuve que decirle: 'Lo siento, hijo. Has sido reemplazado por un robot. Ahora ve a estudiar.'"

Combate de jaulas

Ron Douglas, propietario y presidente de Associated MetalCast LLC de Oxford, Alabama, no tiene problema con las jaulas. Su empresa instaló un robot FANUC en uno de sus tornos CNC Okuma Genos L300 hace varios años y Douglas se ha convertido desde entonces en un firme creyente en la automatización. La empresa ahora tiene tres de estas celdas y planea implementar dos más durante el verano. Dado que estos son los llamados "robots industriales" y no son colaborativos, se necesitan jaulas para mantener a los humanos seguros, aunque una celda usa solo una cortina de luz. Independientemente, todas están encargadas de cargar y descargar piezas, limpiarlas en las estaciones de lavado de las celdas, y en un caso, realizar inspección al 100 % en una CMM integrada.

Associated MetalCast no funde ni forja piezas. Douglas fundó la empresa en 1998 y eligió su nombre debido a una estrecha asociación con fundiciones en todo el país. Ofrece mecanizado de precisión, pintura, tratamiento térmico, ensamblaje y otros procesos de valor agregado para una variedad de industrias, incluyendo agricultura, equipo pesado e infraestructura. Y aunque muchas de sus piezas terminadas comienzan como fundiciones o forjados, Associated MetalCast y sus 96 empleados también mecanizan una gran cantidad de barra y placa, proporcionando a sus clientes una solución de manufactura "de una sola fuente".

Cuando se le preguntó por qué comenzó a automatizar, la respuesta de Douglas no fue sorprendente. "Dado nuestros desafíos para encontrar mano de obra cualificada aquí en Alabama, la automatización continuará siendo una parte muy grande de nuestro futuro. No solo aumenta la eficiencia, el rendimiento y la consistencia de las piezas, sino que también libera a nuestros empleados para involucrarse en tareas más interesantes que el cuidado de máquinas. Todo esto es muy importante en el mundo del mecanizado actual."

Señaló otro punto importante, que es lograr que los miembros del equipo se suban al barco al comenzar cualquier proyecto de automatización. "Sorprendentemente, eso fue bastante desafiante al principio", dijo Douglas. "Luché para obtener la aceptación del personal de ingeniería y producción porque era algo nuevo para ellos, y completamente fuera de su alcance. Pero una vez que empezaron a ver los resultados y se dieron cuenta de que la automatización era el paso correcto para la empresa, se unieron. Entre su apoyo y el de nuestro integrador de robótica, el despliegue ha sido muy exitoso."

Rompiendo con la tradición

Duane Manth, gerente general de Manth Manufacturing Co., Tonawanda, N.Y., tiene una larga historia con robots. En las últimas dos décadas, ha invertido en varias formas de automatización, incluyendo varios tornos CNC estilo gang Wasino con cargadores gantry integrados que usó para algunos de los componentes de mayor volumen del taller. Y aunque esas máquinas han hecho un buen trabajo para él, quería un robot que sea más flexible que esos gantries de dos y tres ejes, y que pueda usarse en una configuración celular que incluya trabajadores humanos.

"A lo largo de nuestra historia de 40 años, siempre hemos intentado volvernos más competitivos, y donde es apropiado, la automatización ha jugado un papel en eso", dijo Manth. "Así que cuando mi gerente de manufactura Mike Rex y yo empezamos a hablar sobre aumentar el rendimiento en una de nuestras celdas de producción manual, justo sucedió que el vendedor de Absolute Machine Tools había pasado unos días antes y dejó un folleto para el OB7. Alguien lo puso en mi escritorio, y seguí leyéndolo y mirando la etiqueta de precio y bastante pronto lo llamé y dije: 'Cuéntame más sobre esto.'"

El OB7 es un robot colaborativo de Productive Robotics Inc., una spin-off con sede en Carpinteria, California, de ZBE Inc., que construye sistemas de cámaras robóticas para la industria cinematográfica. A Manth no le importaba cómo empezó la empresa de 12 años —todo lo que le importaba era reducir costos laborales en su celda de mecanizado de tres personas. Compró dos OB7s y los usó para atender los tornos CNC de la celda, dejando a una persona atrás para operar la rectificadora cilíndrica y vigilar los cobots.

La solución fue tan efectiva que Rex pronto buscó otras aplicaciones para OB7, eventualmente poniéndolos a trabajar operando máquinas de bruñido y brochado. "También tenemos un OB7 alimentando una rectificadora cilíndrica en otra celda, lo que liberó a uno de los operadores para trabajar en otras cosas", dijo Manth. "Han sido un gran éxito."

Su y el impulso continuo de su equipo por una mayor eficiencia es lo que llevó a la adquisición de Manth Manufacturing a finales del año pasado por su mayor cliente, Dynabrade USA de Clarence, N.Y. "Creemos firmemente que la automatización es el futuro de la manufactura, por eso continuaremos invirtiendo en las capacidades de Manth mientras al mismo tiempo trabajamos en nuestra propia oferta de automatización", dijo el presidente de la empresa Mike Buffamonti. "Dynabrade ve muchas oportunidades para eliminación de material robótico y acondicionamiento de superficies, así que ha comenzado a trabajar con varios fabricantes de cobots para proporcionar soluciones de prueba de concepto a nuestros clientes. Estamos muy emocionados sobre este próximo paso en nuestra evolución."

Establecer prioridades

Nada de esto sorprende a Douglas Bingham, director senior de tecnología de manufactura en la instalación de Honeywell International Inc. en Phoenix. Con cinco divisiones, más de 100,000 empleados en todo el mundo y 34 mil millones de dólares en ventas el año pasado, el fabricante con sede en Charlotte, N.C. tiene amplia experiencia con automatización. Ya sean líneas automatizadas de detectores de humo en Trieste, Italia, o celdas de soldadura robótica en Mexicali, México, esta empresa Fortune 100 ha desplegado tecnología de automatización en cientos de sitios de manufactura.

Lo que ha faltado, dijo Bingham, es una estrategia integral a nivel corporativo. "Cada sitio ha tomado sobre sí mismo a lo largo de los años automatizar lo que veía que proporcionaría un retorno de inversión razonable. Y aunque eso ha traído buenos resultados en la mayoría de los casos, también podría ser mucho más eficiente y rentable. Por eso formamos el equipo del Centro de Excelencia en Automatización (COE) que incluye un líder de Automatización dedicado de cada negocio.

En lugar de reinventar la rueda cada vez que se construye una nueva fábrica o se lanza un producto, Bingham y sus contrapartes trabajarán para estandarizar las soluciones de automatización de la empresa. Evaluará operaciones en sitios clave, identificará qué tecnologías o procesos de manufactura son los correctos para automatizar, definirá puntos de referencia y desarrollará soluciones modulares, y luego escalará esas soluciones a las áreas donde aportarán el mayor beneficio.

Para este fin, Bingham habló recientemente en una reunión de casi 200 empresas de integración. Describió el proyecto y las prioridades de automatización de su grupo —soldadura, cuidado de máquinas, desbarbado e inspección entre ellas— y ofreció la siguiente declaración de misión: "Desplegar tecnologías de automatización inteligente en procesos clave en nuestra huella central para crear operaciones predecibles, resilientes y eficientes."

Luego sugirió que su experiencia externa sería necesaria si Honeywell quería completar esta misión, y los invitó a compartir cualquier idea que pudieran tener. "Sabíamos que era importante comprometerse con estos y otros expertos desde el principio para hacer las soluciones correctas de la mejor manera posible, y luego estandarizar alrededor de ellas", dijo Bingham.

Esta estandarización es crucial, añadió, al igual que declaraciones de trabajo detalladas y simulaciones precisas de cualquier solución propuesta. "Eso no es algo que siempre pediríamos en proyectos de automatización anteriores. Ahora es un must. Queremos ver cómo funcionará la celda antes de colocar realmente una orden de compra para ella. Con eso viene el requisito de usar solo hardware preaprobado —marcas específicas de PLC y robots, por ejemplo— y el desarrollo de módulos estandarizados que luego podemos copiar y pegar en nuestras diferentes instalaciones. Eso ayudará a eliminar el popurrí de equipos que actualmente se ve en algunas de nuestras fábricas, mientras también hace que la automatización sea más fácil y rentable de desplegar. Acabamos de empezar este proyecto el año pasado, pero tengo que decir que vemos muchas oportunidades por delante."