Aprovechando Sistemas de Integración Internos para Manufactura de Precisión

Nadie conoce mejor el propio negocio que las personas que trabajan en él. La propiedad, la gerencia y los trabajadores lidian diariamente con los muchos pros y contras que componen cualquier empresa, especialmente aquellas que intentan ganarse la vida en el mundo en rápida evolución de la fabricación de piezas mecanizadas de precisión.

Si bien hay muchos terceros ansiosos esperando en las alas para ayudar a los talleres a transicionar a formas nuevas y mejores de fabricación, a veces las mejores respuestas pueden estar dentro de las propias cuatro paredes del taller. Esa es la filosofía central de Vanamatic Company, ubicada en Delphos, Ohio.

Vanamatic es un fabricante de piezas mecanizadas de precisión de tercera generación con 90 empleados, que se enorgullece de la autosuficiencia y las capacidades de resolución de problemas de la empresa. La gerencia busca respuestas internamente primero, involucrando a los empleados en el ejercicio de problema/solución y solo después recurriendo a recursos externos necesarios para cubrir cualquier brecha.

A lo largo de los años, emplear este enfoque de "hacer más con menos" ha demostrado que con un entorno enfocado en aprovechar el talento interno primero, las respuestas llegan más fácilmente y con el beneficio adicional de la aceptación por parte de los empleados. Es una fórmula exitosa que ha permitido a la empresa capear muchas tormentas desde su fundación en 1954.

El último gran movimiento de integración de sistemas de la empresa implica automatizar varias operaciones con el uso de robots colaborativos (cobots) que pueden trabajar de forma independiente o actuar como compañeros en cooperación con un trabajador humano. Los cobots son un desarrollo relativamente reciente y uno que hace que los robots sean herramientas mucho más prácticas en la planta de producción, especialmente una tan concurrida como la de Vanamatic.

Un Buen Comienzo

A lo largo de los años, Adam Wiltsie, gerente de planta, ha diseñado y desarrollado ahorros de mano de obra y mejoras de proceso en toda la planta. Uno de estos dispositivos comenzó como una combinación de limpieza de piezas y carrusel acumulador.

Ha evolucionado hasta convertirse en una estación de medición asignada a la máquina, equipada con los medidores adecuados para las piezas que se producen. Está vinculada al sistema ERP central de la planta, brindando a los operadores información de estado en tiempo real y acceso a información de configuración, medición y ejecución de trabajos al alcance de su mano. Estas unidades fueron diseñadas, construidas e integradas internamente.

El Sr. Wiltsie también ha liderado la automatización de carga y descarga para tornos y fresadoras en la planta. Básicamente, estas unidades eran cargadores/descargadores mecánicos de traslado diseñados para aliviar la monotonía de usar un operador para realizar las tareas. Eran prácticamente automatización fija con poca flexibilidad.

Los robots representaron un paso lógico hacia adelante para Vanamatic. Después de ver un cobot (un robot con detección de proximidad capaz de trabajar de forma segura junto a una persona) demostrado en una feria comercial, el Sr. Wiltsie pudo ver que la tecnología había alcanzado las necesidades de su planta. Un brazo articulado de seis ejes, trabajando junto a un operador, sin necesidad de una jaula de seguridad, era perfecto. Y la estación de ensamblaje de Rich Lindeman era el lugar perfecto para comenzar.

El primer cobot de Vanamatic fue Ethel. Fue nombrada por su manejador, el Sr. Lindeman, quien recientemente celebró 50 años de servicio a tiempo completo en la empresa. Para la operación de ensamblaje que Rich y Ethel realizaban en pareja, quizás Rich se vio a sí mismo en el papel de Lucille Ball y a su cobot como su fiel amiga, Ethel Mertz, trabajando en la cinta transportadora de chocolates.

La tarea de ensamblaje que el Sr. Lindeman realizaría es un proceso de ocho pasos que comienza con una paleta de 144 piezas. El Sr. Lindeman recoge la pieza, verifica una medición de longitud crítica en un medidor, ensambla un pequeño anillo en O en el extremo de la pieza, sopla el interior, empuja un espaciador sobre un juego de roscas para asentarlo contra un hexágono, verifica el ensamblaje y lo coloca en un paquete para envío.

Según el Sr. Wiltsie, gerente de planta de Vanamatic: "Rich no tiene problema para hacer esto y ha realizado este trabajo con éxito durante algún tiempo. No se trata de realizar la tarea una vez; se trata de realizarla 500.000 veces, que era la cantidad del pedido para este ensamblaje", dice. "Es una pieza lista para línea de un sistema de inyección de combustible y tiene que ser correcta. Solo tengo 40 años y hice el ensamblaje yo mismo. Me dolía después de unos pocos miles y con calidad menos que perfecta. Sin menoscabo del Sr. Lindeman, el ensamblaje para este pedido en particular no estaba destinado a un humano y, como descubrí, tampoco era humano".

Ethel es un modelo UR3 fabricado por Universal Robots. Es el cobot más pequeño que fabrica UR y tiene un rango de movimiento casi equivalente al de un humano. La carga útil es de 6,6 libras (3 kg), el alcance radial es de 19,7 pulgadas (500 mm) y la huella de la unidad es de 5,9 pulgadas cuadradas (38 cm²). Sin embargo, para la aplicación de ensamblaje de inyectores de combustible de Vanamatic, el robot fue solo el comienzo.

La ergonomía es una consideración importante para organizar un espacio de trabajo para un trabajador humano. Las consideraciones incluyen dónde ingresa el trabajo a la zona de actividad, la colocación de equipos auxiliares como medidores para esta operación de ensamblaje, dónde se colocan los anillos en O y espaciadores en relación con la actividad de ensamblaje y la orientación de las piezas mecanizadas, así como la ubicación del empaque de salida.

Si bien la ergonomía es importante para el Sr. Lindeman, es de importancia crítica para Ethel. Ella es inteligente, pero carece de la capacidad de tomar decisiones sutiles de cambio de movimiento y la inteligencia para adaptarse más allá de su programación, aunque incluye subrutinas para lidiar con anillos en O o espaciadores faltantes. Eso se resolverá con sistemas de visión en el futuro. Mientras tanto, el uso de "poka-yoke" (a prueba de errores) para las bandejas de entrada es un medio simple y confiable de asegurar que el programa de Ethel comience bien en el lugar correcto cada vez.

Los ingenieros de Vanamatic usan modelado CAD para ilustrar varios aspectos del proceso de fabricación, como distribución de planta, simulaciones de máquinas y otras representaciones gráficas y virtuales de áreas dentro de la empresa. Estas habilidades se aplicaron a la preparación del área de trabajo para el Sr. Lindeman y Ethel. Los ingenieros pueden verlo, ejecutarlo y hacer pruebas de "qué pasaría si" antes de que se construya o compre algo.

"Las herramientas de programación para el cobot son extensas y bien diseñadas para facilitar su uso", dice el Sr. Wiltsie. "Llevamos nuestra capacidad interna bien afinada para diseñar y construir el entorno de trabajo para la celda. Nuestra capacidad para integrar el cobot en un sistema que incluía las ocho operaciones necesarias para ensamblar la pieza del inyector de combustible ahorró a la empresa una cantidad considerable de inversión. Otra ventaja es que con nuestra capacidad interna de diseño y construcción, podemos hacer cambios y mejoras fácilmente con el tiempo".

Hoy, la operación de ensamblaje del Sr. Lindeman consiste en dos pasos del Sr. Lindeman: cargar la paleta y empaquetar la pieza terminada. Ethel realiza las seis operaciones intermedias. Tienen una gran relación.

Bis

La instalación de Ethel en Vanamatic ha sido un éxito. Está realizando su trabajo de ensamblaje sin quejas y, lo más importante, sin piezas defectuosas enviadas.

Un segundo cobot, también un UR3, llegó a Vanamatic menos de un año después de Ethel. Nombrada Roxy por su manejador, Gene Dickman, su asignación era más sencilla que la de Ethel. Básicamente, atiende las necesidades de un torno Omni-Turn, cargándolo con brutos y retirando las piezas torneadas terminadas.

Para esta operación, es la flexibilidad de Roxy su fortaleza. El Omni ejecuta piezas de menor volumen y mayor variedad. La capacidad de cambiar rápidamente programas y efectores finales (pinzas) es clave para su éxito.

Con esta aplicación, Vanamatic recurrió a su ingeniería interna para diseñar e integrar la pinza doble, de modo que Roxy solo necesita entrar a la máquina una vez para cargar y descargar sus piezas. La pequeña huella y el peso relativamente ligero del robot (24,3 libras / 11 kg) permiten montarlo fácilmente en la parte frontal del Omni-Turn. Los ingenieros de Vanamatic dibujaron y fabricaron los soportes de montaje personalizados que integran la máquina y Roxy. También escribieron el software de interfaz que permite la comunicación entre el robot y la máquina.

Aprendiendo Haciendo

La educación es acumulativa. Generalmente, las personas aprenden cosas nuevas construyendo sobre la base creada por lecciones previas a las que han estado expuestas.

Ese es el caso de la tercera instalación de cobots de Vanamatic, Rocky. Rocky llegó a la planta unos 196 días después de que la empresa integrara a Roxy, y a medida que la curva de aprendizaje para integrar estas máquinas y el equipo auxiliar necesario se aceleraba, el tiempo entre proyectos se acortaba.

Rocky, nombrado por su manejador, Paul Meiring, es otro modelo UR3 de Universal Robots. "Aplicamos lo que aprendimos de las dos primeras aplicaciones de cobots al poner en marcha a Rocky", dice el Sr. Wiltsie.

La tarea elegida para Rocky fue otro trabajo de atención de máquinas (esta vez en un VMC) que es más complicado que el de Roxy. Al igual que las otras dos aplicaciones, los ingenieros de Vanamatic hicieron un modelo virtual de la operación, incluyendo la orientación de las cintas transportadoras de entrada y salida de piezas.

Para este trabajo de carga, el cobot necesitaba colocarse dentro de la zona de trabajo de la máquina para eliminar la apertura y cierre de la puerta. Debido a los estrechos confines dentro de la máquina, Rocky está montado boca abajo y unido a la columna de la máquina por un soporte diseñado y construido internamente. Los brutos de pieza se cargan en transportadores ubicados fuera de la protección y entregan brutos a Rocky.

Rocky recoge los brutos de una ubicación fija en el transportador, pero tiene la tarea adicional de mover la pieza a una segunda estación de sujeción en el dispositivo de sujeción. La sincronización entre el cobot y el CNC de la máquina fue programada por Vanamatic usando comunicación entre el robot y la máquina.

Después de que la pieza es mecanizada, Rocky verifica cada pieza usando un medidor Cognex en proceso antes de liberarla a la cinta transportadora de salida. El cobot está programado para descargar cualquier pieza rechazada en un contenedor separado y, si hay tres fallos consecutivos, dará una alarma.

"Esta instalación es un paso adelante desde nuestra carga de VMC", dice el Sr. Wiltsie. "Comparado con los cargadores de traslado que integramos previamente en nuestros VMC, la flexibilidad del sistema de cobots que ahora disfrutamos representa un compromiso con nuestro crecimiento empresarial futuro".

Fuente Sorprendente de Ayuda

A medida que la gerencia de Vanamatic avanzaba con los planes de integración para la planta, encontró un aliado que muchos podrían no considerar. La empresa, como la mayoría, tiene tratos con la Oficina de Compensación Laboral (BWC). A veces esos tratos pueden ser menos que cordiales debido al papel de cumplimiento regulatorio de la BWC.

Sin embargo, en el caso del proyecto de instalación de cobots de Vanamatic, se encontró un espíritu afín en la BWC. En el estado de Ohio, la BWC tiene dinero de subvenciones disponible para ayudar a las empresas a reducir posibles reclamos de compensación laboral mediante medios simples y complejos.

Vanamatic solicitó y obtuvo subvenciones para sus esfuerzos de automatización, que contribuyeron significativamente al gasto de compra e instalación de sus cobots. Si bien tales ofertas de subvenciones pueden no estar disponibles en todos los estados, no está de más preguntar.

Ya sea que el taller esté considerando integración de sistemas usando automatización, comunicación o mejores técnicas de flujo de trabajo, la justificación de la planta no se trata de reemplazar trabajadores. Más bien, implica la mejora del trabajo del trabajador. El Sr. Wiltsie y la BWC de Ohio parecen estar de acuerdo en que a veces los problemas de reclutamiento a nivel de la industria pueden ser menos sobre las personas y más sobre los trabajos que se les pide hacer.

*Vanamatic ha sido miembro de PMPA desde 1957.