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Dónde, cómo y porqué automatizar sus procesos

La automatización puede reducir los tiempos de producción entre un 50 y 75% automatizando las áreas de mecanizado.

La tendencia es clara. Los fabricantes de máquinas-herramienta actualmente entregan entre 70 y 90% de sus equipos con automatización integrada, por lo que esta tendencia irá al alza en la medida en que se creen mayores redes en la producción. Pero la automatización se realiza no solo dentro, sino fuera de la máquina, mediante equipos periféricos o auxiliares, hardware y software, y se da en diferentes niveles, según sean los requerimientos de cada planta y la inversión.

El nivel más básico que tenemos son los de tipo bar feeder, y part catcher; el siguiente nivel son gantry robot, muy integrados a la máquina, en nuestro caso los fabrica Mazak directamente; el siguiente nivel ya son robots articulados, que se hacen con partners como Fanuc, Siemens o Kuka. Otro nivel son los sistemás flexibles de manufactura integrados, que son una gran cantidad de máquinas con sistemás Palletech donde hay un robot cargando y bajando piezas”, comenta Rubén Ramírez, gerente de Ventas de Preci, proveedores de maquinaria y automatización de procesos.

Un sistema de manufactura flexible (FMS, por sus siglas en inglés) es, sin duda, el nivel más avanzado en automatización, y es capaz de producir una amplia variedad de piezas gracias a su flexibilidad. Sus componentes son las máquinas CNC, un sistema de manejo de materiales, un área de almacenamiento y equipos de inspección.

Los equipos periféricos son diversos, desde dispositivos para cargar y descargar las piezas mecanizadas como brazos que ya vienen integrados a la máquina CNC, conveyors que mueven la pieza entre células y almacenes, y robots articulados, los gantry robots, o los alimentadores de barra, los vehículos guiados automáticamente (AGV), estaciones de lavado, almacenamiento, desbardado, la medición por coordenadas, por mencionar algunos. El enfoque fundamental está en el cambio de herramienta y la pieza de trabajo.

La automatización, por tanto, implica una coherencia en los procesos de trabajo, el establecimiento de operaciones sistemáticas para el flujo de materiales, la selección de herramientas, tipo de mordaza, detalles de agarre, y muchos otros parámetros que eliminen las variaciones pues, a fin de cuentas, no se trata solo de colocar un conveyor, o un accesorio externo a la máquina, como dice Rubén Ramírez, la clave está en comunicarlos, interfacearlos, para mantener el control del proceso.

Comunicación de datos

El componente fundamental para la automatización es la comunicación de datos porque la flexibilidad de la máquina y de la producción se logra principalmente integrando las funciones de todos los elementos, de ahí que la automatización pueda resultar muy compleja, con gran cantidad de requerimientos de planificación y por lo tanto de inversión.

Lo que es un gran avance tecnológico es que hoy todos los equipos periféricos son compatibles porque manejan un estándar de calidad y de posicionamiento para cualquier tipo de máquina. El lenguaje de comunicación es un sistema universal como los códigos G (movimientos de la máquina) y M (funciones para el mecanizado), o conocidos como códigos ISO/EIA, que se utilizan para cualquier máquina.

El lenguaje de programación de máquinas herramienta CNC que ha predominado en el último medio siglo ha sido precisamente EIA RS274D, y en este tiempo los proveedores de maquinaria han aumentado y ampliado este lenguaje de programación como una forma de satisfacer las necesidades de funcionalidad y requisitos de sus usuarios, según el documento Standarization of Auxiliary Equipment for Next Generation CNC Machining, de la Organization for Machine Automation and Control (OMAC).

Además asegura que se han creado cientos de dialectos RS274 muy diferentes, problema que por ahora ha sido resuelto por proveedores de software CAM para dar mantenimiento a cientos de postprocesadores CNC específicos, pues este desorden ha llevado a la pérdida de productividad debido a malos entendidos de la operación de la máquina y a la confusión de programación.

La OMAC ya puso cartas en el asunto mediante el estándar STEP-NC, el cual promete  que reemplazará al RS274. El STEP-NC es parte de los estándares de intercambio de datos de manufactura ISO 10303, y ofrece datos de definición de productos completos desde su diseño hasta su producción, sin necesidad de crear lenguajes o dialectos adicionales, y garantizando 15% menos tiempo de mecanizado.

Actualmente la mayoría de las máquinas CNC son compatibles con cualquier periférico porque están estandarizados y manejan todos el mismo tipo de comunicación. La diferencia es que algunos tienen comunicación Ethernet, fibra óptica, u otros con dispositivos como USB o series paralelo, por mencionar algunos. El desempeño de la señal varía según la velocidad de datos que se busca y dependiendo el costo, por ejemplo, con fibra óptica es muy rápido, pero el costo del equipo también es mayor.

“Hoy es un estándar para todos la comunicación Ethernet y dentro de las máquinas la mayoría trae comunicación Ethernet, pero también fibra óptica para la comunicación de datos. La mayoría manejan fibra óptica de base para su estructura, y ya nada más la comunicación con otros dispositivos puede ser USB o Ethernet o fibra óptica”, detalla Carlos César Espinosa, ingeniero de Aplicaciones de Tecnomaquinaria, representante en México de la marca Hurco.

Pros y contras

Los procesos automatizados permiten reaccionar fácilmente a cambios de especificación del producto sea en forma, en material, en condiciones de mecanizado, o a cambios de programás de producción, e incrementan la productividad.

De lo que se trata es de llevar el proceso en una forma más independiente del humano, de que la producción sea más automatizada (…) se busca optimizar el uso de los equipos y hacerlos más eficientes, tener un menor costo de fabricación y poder tener un mejor precio de venta y mejor utilidad”, afirma Rigoberto Almaguer Lozado, gerente del Área de Automatización de Hemaq.

Como explica, el objetivo final de automatizar una línea de fabricación es bajar los costos de producción, ya que generalmente se trata de compañías que hacen alto volumen y dependen de la entrega a tiempo con sus proveedores, entonces tienen que buscar formás de que su productividad sea eficiente y esté a tiempo.

Por eso la integración de equipos periféricos permite aminorar tiempos y aumentar la productividad de las empresas, reducir costos de errores de operario y los tiempos muertos que se tienen. Se habla de que se pueden reducir los tiempos de producción entre un 50 y 75% automatizando las áreas de mecanizado.

Al mismo tiempo, las células automatizadas ayudan a bajar el costo de la mecanización de una pieza incrementando la utilización de la máquina hasta 95%; también reduce los costos laborales, ya que un solo operador puede hacerse cargo de varias máquinas; la calidad de las piezas es constante; hay menos manipulación de las piezas y mayor flexibilidad y utilización eficiente del espacio. El proceso de producción se vuelve más continuo y confiable.

Si bien la tendencia a la automatización está en pleno crecimiento, para los especialistas como Rubén Ramírez, de Preci y Rigoberto Almaguer, de Hemaq, al menos en México sigue siendo una práctica de las grandes empresas automotrices, donde hay una alta demanda de piezas de mucha precisión.

Aunque no se descarta que vaya en aumento, pues ahora los clientes piden cotización de máquinas stand-alone, y junto con esta solicitan la opción de integrar diferentes procesos, ya no solo por arranque de viruta, sino marcación láser al final de la línea, sistemás de medición de piezas, entre otros.

Esto responde a que en el país sigue habiendo un costo de mano obra muy por debajo del de otros países, lo que hace rentable mantener un cierto número de personal en lugar de automatizar procesos.

Aunado a ello, los sistemás automatizados requieren de personal altamente calificado, que suele ser escaso en el país, pues se requiere que sea de preferencia un ingeniero, con buenos principios de mecánica y de sistemás porque se requiere programar la línea, ya no la máquina si no interfacearla para coordinar con los tiempos y movimientos del resto de las máquinas o equipos auxiliares.

Otro elemento que puede ser una desventaja es que la automatización requiere de una inversión inicial fuerte, por lo que de inicio se recomienda para producción de alto volumen con el fin de justificar su costo, desde el punto de vista de la seguridad, la productividad, la eficiencia y al mediano plazo se paga.

“Es más para automotriz, donde vemos que estos sistemás son muy comunes, y no en la industria energética o aeroespacial que son piezas mucho muy complejas, piezas únicas. Por ejemplo, en la industria de los moldes no tendría mucho sentido un sistema de automatización porque ahí sí depende mucho de la intervención visual o humana, pues un molde puede durar dos días en producción”, dice Ramírez.

El especialista de Preci recomienda automatizar procesos de producción de alto volumen de piezas del mismo tipo. Un aspecto a considerar es que la línea de producción debe estar balanceada, porque si una máquina tiene mayor carga de trabajo que otra podría ocurrir que se tenga que esperar tiempos largos de espera para cambiar de proceso.

Otras condiciones dependen de las piezas a fabricar, si se van a hacer piezas pesadas, en ocasiones por norma se marca que de cierto peso hacia arriba ya no es adecuado que una persona esté haciendo carga y descarga, y se requiere un robot articulado o tipo gantry para esa operación.

El panorama, sin embargo, muestra que esta es una tendencia global para hacer frente a las exigencias del mercado, así que los especialistas no descartan que en los siguientes años aumente el número de plantas automatizadas en el país, ya que hoy solo las armadoras y empresas como Dana, Tremec y otros proveedores automotrices lo hacen, mientras que el resto permanece con un nivel básico de automatización.

Tecnología disponible

En México los equipos auxiliares de mayor demanda son los del tipo bar feeder o los brazos de carga automáticos, estos últimos prácticamente vienen de línea integrados en la máquina, lo que indica el nivel de automatización de la mayoría de las empresas mexicanas.

Lo que es innegable es que la tecnología de vanguardia está disponible en el país, como el reciente lanzamiento de Renishaw del sistema SPRINT™, un palpador que puede hacer escaneo para inspección de partes, y cuya presentación global se realizó durante la IMTS de Chicago el año pasado.

Este sistema, que se presentó para América Latina en TECMA 2017, es una serie de macro-programás de optimización para hacer escaneo de partes en una tercera parte del tiempo que tarda un palpador convencional, y con mayor precisión, a fin de ver si la pieza cumple con las especificaciones geométricas. Otros dispositivos de medición de la marca permiten enviar señales a la máquina cuando detecta diferencias en las mediciones para que se realice el ajuste automáticamente.

Una opción más de monitoreo es el Techna Check, que ofrece Centric en México, y que permite la detección de un doble maquinado y herramienta rota, mediante la supervisión de la alimentación del cabezal o el análisis de las vibraciones. Envía señales a través de Ethernet a un software para prevenir ruptura de herramientas o retirar las que estén dañadas.

El part catcher es un sistema de descarga automático que ya va integrado a la máquina si el cliente así lo requiere. Este es un auxiliar de mucha demanda en México, ya que en conjunto con un bar feeder hace más eficiente el flujo de producción. El bar feeder alimenta la barra, corta, la termina, la tronza y un brazo toma la pieza y la saca para evitar que se caiga.

Otro común es el sistema de cambio de herramientas donde, por medio de código de barras, ya que la línea está automatizada, también el herramental está monitoreado por medio de códigos de barra. Un brazo robotizado lleva la herramienta a un sistema de lector del código para que se pueda monitorear esta herramienta y, por ejemplo, ver qué desgaste tiene, cuántas piezas ha hecho o si ya llegó al nivel que se le programó en el máximo nivel de desbaste. Además, este mismo robot va y toma otra herramienta similar y la carga a la máquina.

La tecnología está disponible en el país a través de representantes de las principales marcas globales, lo primero es determinar si es el momento de automatizar y qué parte del proceso automatizar. De lo que se trata en todo caso, como dijo Peter Drucker, es que “debemos convertirnos en gestores de tecnología, no solo en usuarios de tecnología”.

Fin.

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