Impulse la eficiencia de producción: Automatice configuraciones y elimine el estrés repetitivo en fabricación

¿Busca nuevas formas de dar un impulso a la producción de su taller? La automatización puede ser un multiplicador de fuerza. También podría liberar el tiempo de sus maquinistas más experimentados y ambiciosos para mentoría, aprendizaje de nuevos sistemas y mejora de habilidades de programación de máquinas. Y podría ayudar a reducir las primas de seguro.

El caso de uso para automatizar muchas funciones en un taller de trabajo es muy diferente al de una gran planta automotriz u otra instalación de fabricación de alto volumen. Pero la automatización puede devolver resultados positivos y productivos que ayudan a simplificar tareas repetitivas y absorbentes de tiempo para talleres de todo tamaño.

¿Cuáles son las aplicaciones correctas de robots y cobots? ¿Qué tecnologías pueden mover los controles de calidad más cerca del proceso? ¿En qué deberían enfocarse los propietarios de talleres y gerentes de operaciones de fabricación?

Exploramos algunas de las formas en que los fabricantes están teniendo éxito con la automatización hoy — y lo que necesita saber al planificar el cambio.

La automatización en fabricación devuelve tiempo a los trabajadores y ayuda a los talleres a mantenerse competitivos

La escasez de talento en fabricación es real. La demanda de capacidad de fabricación de hoy es mayor que la oferta laboral — y se espera que aumente. Un estudio de Deloitte y el Instituto de Fabricación de 2018 encuentra que la brecha de habilidades puede dejar aproximadamente 2.4 millones de puestos sin cubrir hasta 2028 con un impacto económico potencial de $2.5 billones.

"No está mejorando", explica John Hicks, propietario de Kilgore Manufacturing, sobre la brecha de habilidades que su empresa ha visto en un artículo.

Los talleres de trabajo pueden encontrar difícil competir con talleres de máquinas más grandes por talento más experimentado y costoso. Pero la automatización, en teoría, puede reducir el impacto de una escasez de habilidades al reducir las tareas más rutinarias y manuales — y aumentar la proporción máquina-persona donde sea posible.

Un robot a menudo puede atender múltiples máquinas. En algunos casos, un solo operador puede atender múltiples robots — y cada robot podría estar manejando múltiples máquinas a la vez.

"Eso libera a los operadores para realizar operaciones secundarias, como desbarbar piezas, ensamblar o pasar más tiempo en controles de calidad", explica Steve Alexander, vicepresidente de operaciones en Acieta, un integrador de automatización, en el artículo de SME "¿Automatizando talleres de trabajo? ¡Claro que sí!"

Video: Vea cómo Augustine Die & Mold está usando automatización para aumentar sus procesos — y ayudar a gestionar una brecha de habilidades.

El principal caso de uso para automatización en talleres de trabajo: Cambios

No hay varita mágica para volverse automatizado. También hay habilidades diferentes y nuevas en la gestión de sistemas de automatización — incluyendo diferente software, sensores y seguridad. A menudo, el uso más efectivo de la automatización es enfocarse en actividades de configuración y cambio pre-parte y post-parte.

"La automatización más adecuada para necesidades de talleres de trabajo no solo enfatizará configuraciones rápidas y fáciles y reducirá los tiempos de cambio de trabajo a 15 minutos o menos, sino que también será adaptable para uso de un tipo de máquina a otro, especialmente para tareas de cambio", escribe Chris Felix, editor en jefe de Production Machining, en el artículo "Automatización de talleres de trabajo: Rápida, Simple y Ágil".

Los maquinistas experimentados podrían apreciar pasar menos tiempo en cambios y carga de brutos — y más tiempo enfocados en completar grandes trabajos y resolver problemas de fabricación de precisión.

En 2018, Hicks de Kilgore Manufacturing usó una celda de fabricación automatizada que funcionaba ocho horas al día sin supervisión y ayudaba a enviar 3,500 unidades de una pieza de brida cada semana — pero era solo para una pieza. Para ayudar a volverse más automatizado y liberar tiempo para maquinistas más senior, Hicks agregó una máquina asistente de carga.

El sistema de carga conecta un brazo robótico a una mesa giratoria para staging de piezas de trabajo dentro de una sola unidad de carga de trabajo que puede estacionarse junto a y reubicarse a cualquier torno CNC o máquina de fresado.

Hicks describe cómo la automatización aumentada ha tenido un impacto incluyendo:

• Obtener más trabajo de la base de clientes existente de Kilgore.
• Ahorrar espacio importante en un taller ajustado.
• Ver un aumento en la calidad de la pieza porque los maquinistas tenían más tiempo para dedicar a controles de calidad.

La capacidad de ganar más negocio de licitaciones competitivas surgió de una programación de máquinas más predecible.

Cómo abordar la automatización en fabricación: El volumen de piezas importa

¿Funcionará la automatización en un entorno donde el volumen de piezas varía tremendamente? Puede, sostiene Ed Sinkora de SME.

Imagine un escenario de fabricación de piezas de volumen medio donde los cambios ocurren unas pocas veces a la semana. "Con la planificación adecuada, una celda podría cambiarse en el turno tripulado, permitiendo una buena cantidad de producción sin supervisión en el siguiente turno", explica John Lucier, gerente de automatización para Methods Machine Tools, en un artículo de SME.

SME dice que la velocidad requerida del robot dependería "del tiempo de ciclo de mecanizado de las piezas producidas. Cuanto más corto el tiempo de ciclo, más rápido el robot necesita ser y menos probable que un robot pueda soportar varias máquinas".

Pero los talleres con volúmenes más bajos también pueden ser buenos candidatos para la automatización, explica Lucier.

"La consideración más importante es reducir el tiempo de cambio o incluso eliminar totalmente el tiempo de configuración. La gente se obsesiona con el tiempo de ciclo y el tiempo de carga/descarga, pero si sus volúmenes son tan bajos que la mitad de su tiempo se gasta en cambios, entonces atacar el tiempo de cambio, incluso a expensas del tiempo de ciclo, puede tener sentido", dice Lucier.

La configuración puede esencialmente eliminarse mediante automatización. Los robots pueden programarse para cambiar tanto su propio utillaje de extremo de brazo como la sujeción de pieza en la máquina o cargar pallets desde un carrusel "independientemente de la pieza que se produzca, eliminando la necesidad de cambiar el utillaje del robot o programar diferentes movimientos de carga/descarga para diferentes piezas".

Hay una serie de otras áreas importantes de utillaje, sujeción y estabilidad de piezas para evaluar también, incluyendo sujeción de pieza, medición, tiempos de ciclo, utillaje de extremo de brazo, procesos sin supervisión — y mecanizado sin luces.

Automatización y sujeción de pieza

"Si la pieza de trabajo requiere posicionamiento en el plato o fijación o necesita alinearse en la operación secundaria basada en características creadas en la primera operación, sistemas de visión o sondas táctiles pueden ser necesarios para completar la tarea", escribe Felix. "Las soluciones de sujeción de pieza también deben diseñarse para permitir el espacio adecuado entre el utillaje de extremo de brazo y los sujetadores al cargar y descargar".

Automatización y medición

"Si un proceso no automatizado requiere que el operador mida la pieza de trabajo durante o después del mecanizado, automatizar el proceso de medición debería considerarse", explica Felix. "Hay varias opciones en proceso o post-proceso disponibles, incluyendo sondas táctiles, calibración periódica de artefactos o incluso uso de un medidor post-proceso o máquina de medición por coordenadas".

Automatización y tiempos de ciclo

Al considerar automatizar un proceso, "los tiempos de ciclo determinarán la capacidad/tamaño de las mesas de cola y transportadores de entrada/salida para piezas terminadas", escribe Felix.

Los tiempos de ciclo necesitan ser secuenciados en coordinación de tareas "requeridas del robot/automatización, como carga a medidores, coordinación de máquinas de medición, estaciones de lavado o estaciones de volteo" o en la gestión de pallets.

Uso de la automatización para mejorar la seguridad en el lugar de trabajo y la salud del trabajador

La salud del trabajador y la seguridad en el taller no son las razones principales por las que los fabricantes invierten en automatización, pero son un beneficiario. El síndrome del túnel carpiano no es raro en trabajos de fabricación.

"Algo tan simple como cargar una pieza en un plato de torno puede convertirse rápidamente en una lesión por estrés repetitivo para un operador cuando ese proceso se repite cientos de veces al día. Entre tiempo perdido y reclamaciones, estas lesiones cuestan a las empresas miles de millones de dólares cada año", explica Alexander.

Hay algunas áreas en el trabajo de fabricación donde la automatización ha mejorado o eliminado el trabajo peligroso — y ayudado a reducir entornos inseguros. Una es el levantamiento y movimiento de objetos pesados. La otra es la exposición cercana a químicos, partículas y temperaturas extremas, explica Jim Vinoski, un líder senior de fabricación y ex supervisor de planta e ingeniero de sistemas en Seagrams y General Mills, en un artículo para Forbes.

"Las lesiones de espalda son una de las más comunes en el trabajo de fabricación, y este tipo de actividades son un contribuyente clave. Las soluciones automatizadas incluyen sistemas robóticos pick-and-place, paletizadores automatizados, sistemas de izado por vacío, y similares", escribe Vinoski.

"Hoy es inusual tener trabajadores levantando más de 50 libras, y para levantamiento repetitivo incluso eso se está volviendo progresivamente más raro".

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