Lo que toda tienda fabulosa necesita saber sobre planificación, diseño y ejecución

Con una demanda cada vez mayor de los fabricantes para producir una amplia gama de productos de alta calidad que sigan siendo competitivos en el mercado, la necesidad de automatizar los procesos de producción nunca ha sido mayor. Los ciclos de vida cortos de los productos, junto con las diversas carteras de productos, crean un escenario de gran mezcla de productos y bajo volumen que impulsa cada vez más a las pequeñas y medianas empresas a invertir en tecnologías de automatización robótica. A medida que aumentan las demandas de producción, proporcionar soluciones hechas a mano a un cliente se vuelve menos viable. La automatización ya no es una opción, se ha convertido en una necesidad.

La necesidad de maximizar la funcionalidad de su inversión de capital significa que las empresas buscan constantemente formas de hacer que los sistemas sean lo más flexibles posible. Esto a menudo se presenta en forma de herramientas y accesorios especialmente diseñados que se pueden cambiar entre las series de producción de diferentes productos: el llamado conjunto de 'marco de imagen', que tiene un marco montado permanentemente dentro del posicionador y se pueden montar accesorios modulares y desmontado cuando sea necesario.

El verdadero desafío surge cuando necesitan mover células robóticas completas de un área de una instalación a otra, o incluso a otra instalación, para mantenerse al día con las demandas de un entorno de producción en constante cambio.

Un enfoque modular

Dos fuerzas impulsoras principales detrás del impulso para automatizar son aumentar el rendimiento del sistema y mantener una alta calidad constante. Por lo tanto, la mayoría de las tareas realizadas por un robot son de naturaleza repetitiva, no cambian con el tiempo y tienen ciclos cortos para maximizar el rendimiento del sistema.

Las células robóticas muy grandes y las líneas de producción que involucran múltiples unidades mecánicas generalmente no son fáciles de reubicar en otras áreas de una instalación o entre instalaciones que están separadas geográficamente.

Tal movimiento implica muchos costos: mano de obra, servicios públicos, transporte, reinstalación, reprogramación o puesta en servicio y capacitación de operadores, por nombrar solo algunos. Además, construir un sistema para tener en cuenta múltiples incógnitas significa incorporar redundancia para adaptarse a esta flexibilidad, lo que aumenta el costo del sistema.

En la mayoría de los casos, cuando es necesario trasladar un sistema de fabricación robótica, especialmente entre sitios remotos, el coste del traslado puede representar un porcentaje significativo del coste original del sistema. En estos casos, una solución económicamente más viable sería aplicar esos costos de reubicación a un nuevo sistema. Sin embargo, con una cuidadosa planificación y preparación, los fabricantes pueden construir sistemas diseñados específicamente para ser reubicados de acuerdo con los cambiantes programas y demandas de producción.

Entonces, ¿qué deben hacer los fabricantes pequeños y medianos cuando se trata de especificar e instalar un sistema que algún día tendrá que ser trasladado? La respuesta es sencilla: piense en módulos.

Construir una celda robótica con la flexibilidad necesaria para permitir la fabricación de una amplia gama de productos dentro de diferentes áreas de una instalación o incluso en instalaciones geográficamente separadas es una decisión de diseño que debe abordarse al principio del ciclo de planificación. Una comprensión clara de la combinación de productos, el flujo del sistema de producción y la mejor manera de lograr el retorno de la inversión deseado son factores críticos para la fase de diseño del sistema.

Los fabricantes que deben entregar un flujo de piezas óptimo ahora, pero que conservan la capacidad de adaptarse a futuros cambios en la combinación de productos, deben considerar las ventajas de las áreas de trabajo modulares desde el inicio de la fase de planificación y diseño. No es algo que se pueda ajustar fácilmente en el momento de la instalación.

La solución flexible ideal es pequeña, autónoma y adaptable, con los posicionadores y accesorios necesarios ubicados dentro del área de trabajo del robot. En lugar de un área de trabajo que siempre está dedicada a la misma tarea, toda el área de trabajo del robot es una unidad modular que se puede intercambiar para adaptarse a cualquier tipo de dispositivo, desde simples mesas y unidades de sujeción hasta cabezales y pequeñas unidades de posicionamiento multieje. .

Sin embargo, esta flexibilidad conlleva un costo adicional durante la fase de diseño del sistema. La capacidad de intercambiar componentes del sistema y / o incluir funciones avanzadas que simplifican el traslado de la celda a una ubicación diferente implica costos de ingeniería adicionales.

Por lo tanto, se debe tomar la debida diligencia para determinar si la devolución requerida se puede realizar o no sobre el costo inicial adicional dentro del plazo requerido, especialmente porque las situaciones de alta mezcla de productos / bajo volumen generalmente tienen una tasa de retorno más baja debido a el tiempo adicional necesario para la puesta en marcha y la puesta en servicio (programación de piezas) y una menor cantidad total de piezas. Para algunas empresas con requisitos de inversión de capital más estrictos, los beneficios adicionales de ingeniería y producción que ofrece este enfoque pueden ser difíciles de definir en términos puramente financieros. En este caso, podría ser mejor, y menos costoso, instalar celdas dedicadas adicionales en lugar de una solución modular. Sin embargo, existen otras opciones móviles más económicas.

Las unidades autónomas paletizadas que se centran en un accesorio ya ubicado dentro del área de trabajo presentan otra alternativa, si el costo es un factor. Las unidades más grandes pueden dividirse en componentes más pequeños y enviarse en partes. Algunas de las celdas paletizadas incluso están diseñadas con receptáculos especiales incorporados para permitir el movimiento mediante carretilla elevadora. Cuando se diseñan de manera eficiente, simplemente se pueden desenchufar, levantar y dejar en un camión para su reubicación.

Si la movilidad de la celda es el objetivo final, una solución modular o paletizada funciona para abordar las necesidades de una instalación de producción de alta mezcla, pero existen compensaciones entre un costo más bajo (paletizado) y la redundancia de construcción y flexibilidad (modular) en un sistema.

Mantenlo simple

Cuando es necesario mover una celda robótica, los talleres pueden tomar medidas para agilizar el proceso. Los movimientos nunca deben realizarse sobre la marcha, sino planificarlos con anticipación.

Por ejemplo, ya sea que se utilicen componentes de celdas modulares o un sistema paletizado, los talleres deben asegurarse de antemano de que las unidades estén construidas con desconexiones rápidas para la electricidad y el aire para permitir una rápida extracción de la red pública. Las botellas de gas montadas directamente en las unidades evitan la necesidad de ubicar la celda cerca de una conexión de gas central. Utilice soluciones de distribución de cables locales, como las cajas Accu-Pak® y los carretes de tambor de Lincoln Electric, para eliminar la necesidad de conexión a una fuente de cables remota. También considere usar unidades de extracción de humos locales si no hay un sistema central disponible en el taller. Los circuladores de aire portátiles se adaptan a varias celdas.

La seguridad también juega un papel importante en un movimiento. Muchas celdas robóticas modernas tienen sistemas de seguridad integrales que cumplen con los estándares de la Asociación de Industrias Robóticas. No se requieren elementos de seguridad adicionales cuando estas unidades se mueven alrededor de una instalación o entre ubicaciones.

Al mover una célula robótica, recuerde que los robots no poseen una inteligencia similar a la humana con la capacidad de razonar. Cada movimiento del robot debe ser programado por una persona. Al mover una celda, los componentes mecánicos pueden flexionarse y moverse, especialmente al intercambiar herramientas.

Un programa que se ejecuta sin problemas en una ubicación puede tener un error significativo en otra ubicación debido a la holgura inherente en los sistemas mecánicos. Afortunadamente, los robots industriales modernos tienen varias tecnologías disponibles para superar estos problemas. Pueden ser construcciones de programación simples o tecnologías de detección sofisticadas que permiten al robot determinar y reaccionar a los cambios en el entorno físico local.

Por ejemplo, un usuario puede realizar un cambio 3D en un programa para tener en cuenta el desplazamiento de la luminaria durante el viaje, o incluso definir marcos de programa especiales adjuntos a una luminaria. Esto requiere que un programador de robots capacitado acceda directamente al programa del robot y realice estas operaciones. En lugar de invertir en herramientas muy caras y complicadas para la localización de piezas, existen otras tecnologías que permiten que un robot realice estas tareas de forma autónoma.

La detección táctil permite que el robot use la punta del cable o un sensor láser para detectar características básicas en una pieza y realizar los ajustes necesarios en su programa. Si bien esto es relativamente fácil de programar para que lo haga un robot, puede aumentar el tiempo de ciclo general del robot. Una solución más rápida que requiere más tiempo de programación durante la puesta en servicio es utilizar una cámara en el extremo del robot. Las plataformas iRVision® 2D y 3DL de FANUC® Robotics proporcionan un conjunto de funciones extremadamente potente que ofrece una de las soluciones más flexibles disponibles. Con este sistema, un robot puede ver literalmente el mundo que lo rodea y puede realizar fácilmente tareas como la detección de piezas, el reconocimiento de piezas, la detección de características, la compensación del programa e incluso puede detectar qué tipo de dispositivo o herramienta está cargado en su área de trabajo.

La herramienta más eficaz a disposición de un diseñador de sistemas es CAD (Diseño asistido por computadora). Al hacer un uso extensivo del software de modelado 3D en la fase de diseño del sistema, uno puede ver literalmente cómo se verá y funcionará un sistema cuando esté construido. En Lincoln Electric, los ingenieros de diseño hacen un uso extensivo de DELMIA® para diseñar diseños de celdas y realizar análisis de alcance. Una vez que se construye un sistema, se puede programar fuera de línea y los programas se pueden verificar utilizando el conjunto de aplicaciones RoboGuide® patentado por FANUC Robotics, lo que garantiza el máximo tiempo de actividad y efectividad para un sistema.

Planificando para el futuro
Fundamentalmente, desarrollar una estrategia exitosa para células robóticas móviles es un desafío de diseño y planificación. Los fabricantes no solo deben desarrollar la solución para la cartera de productos actual, sino también anticipar las demandas futuras. Por lo tanto, es fundamental incorporar redundancia y flexibilidad en un sistema para crear la solución más versátil y, en última instancia, móvil.

Como se discutió, debido a que la flexibilidad y la redundancia tienen costos definidos, los fabricantes deben preguntarse esto: "¿Queremos invertir por adelantado en una solución flexible que definitivamente crecerá y se adaptará con nuestro taller o queremos amortizar dichos costos seleccionando un -¿Solución robótica fija y cara? " Esta decisión debe determinarse durante la fase de diseño porque, si bien la flexibilidad es costosa en la parte delantera, la modernización de una celda en el futuro puede ser aún más costosa. Requiere un enfoque holístico que examine todo el proceso de producción para determinar el retorno de la inversión final.

La mejor manera de abordar este problema es observar los procesos y procedimientos actualmente vigentes y luego determinar qué procesos desea que mejore la solución automatizada. La solución propuesta no solo debe tener sentido económico, sino que también debe adaptarse a los requisitos de producción actuales y previstos. A medida que el campo de la robótica continúa evolucionando, también lo harán las tareas a las que está asignada.

Richard Stokes es un ingeniero de aplicaciones de la División de Automatización de Lincoln Electric. Se mudó a los Estados Unidos desde Nueva Zelanda en 2011 y tiene una licenciatura en Mecatrónica.