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La fabricación sin intervención humana comienza con la operación automatizada de máquinas robóticas: Un plan de acción práctico
Resumen: Este blog explica cómo los fabricantes pueden comenzar la fabricación sin intervención humana con la operación automatizada de máquinas robóticas. Describe un plan práctico paso a paso enfocado en el mecanizado CNC sin supervisión, los sistemas de palés, el monitoreo y las rutinas de recuperación que los talleres pueden implementar de manera realista.
Si cree que la “fabricación sin intervención humana” es algo que solo las megafábricas pueden hacer, no es el único. Muchos talleres de mecanizado imaginan sistemas de fabricación flexibles y complejos, grandes cambios en las instalaciones y una puesta en marcha larga y arriesgada.
La realidad es más simple. Para muchos entornos CNC, el primer paso más práctico hacia el mecanizado sin supervisión es la operación automatizada de máquinas robóticas, ya que aborda el cuello de botella más habitual: la carga y descarga constantes, así como la manipulación repetible.
Este artículo presenta un plan práctico que se puede poner en práctica, con un enfoque claro en cómo los robots asistentes permiten el mecanizado 24/7, los sistemas multipalé y las rutinas de recuperación automatizadas.
¿Qué es la operación de máquinas robóticas?
La operación automatizada de máquinas robóticas es la operación automatizada de herramientas mecánicas industriales, más a menudo tornos y fresadoras CNC, mediante un robot para manipular las piezas y mantener la máquina en funcionamiento.
En esencia, un robot de operación automatizada CNC se encarga de lo siguiente:
- Cargar materia prima o piezas en bruto
- Descargar piezas terminadas
- Reiniciar el ciclo de manera consistente
La operación de máquinas suele ir más allá de la simple carga y descarga. Con frecuencia conduce a tareas adicionales de valor agregado, como inspección de piezas, soplado, lavado, desbarbado, clasificación, envasado y calibración.
Esto es importante para la fabricación sin intervención humana, ya que el mecanizado sin supervisión rara vez se reduce a “presionar el botón de inicio y esperar a que todo salga bien”. Se trata de diseñar una celda que pueda seguir produciendo piezas de calidad, incluso cuando las condiciones varían.
Por qué la fabricación sin intervención humana comienza con la operación automatizada de máquinas
Por lo general, los talleres no fracasan en la implementación de la gestión automatizada porque les falte ambición. Fracasan porque intentan pasar directamente a un sistema integral antes de que se consoliden los aspectos básicos.
La operación automatizada de máquinas robóticas es un punto de partida sólido porque mejora directamente la productividad, la calidad de las piezas, la utilización de la máquina, la seguridad del operador, la flexibilidad operativa y la visibilidad del rendimiento a través del análisis.
Esos beneficios aparecen rápidamente cuando se elimina el tiempo de inactividad por motivos predecibles, como descansos, cambios de turno y falta de personal constante.
Los talleres con mejor rendimiento se enfocan en la utilización y el tiempo sin supervisión
La encuesta “Top Shops Benchmarking” de Gardner Business Media señala que los “top shops” (talleres rentables) difieren de otros en la utilización de la capacidad, el uso de robots, la capacidad de fabricación sin supervisión y, por supuesto, el margen de ganancia.
Una nota similar de la Association for Manufacturing Technology (AMT) muestra la misma tendencia. Los talleres que obtienen beneficios de forma constante mantienen sus máquinas en funcionamiento durante más horas al día y suelen recurrir al mecanizado sin supervisión o sin intervención humana.
Dicho esto, no necesita perfección en todo su taller. A partir del éxito de los talleres rentables, necesita una celda confiable que funcione más horas con menos interrupciones. Y la operación automatizada de máquinas es un camino directo hacia eso.
Un plan de acción práctico: desarrollar una celda de operación de máquinas que pueda funcionar sin supervisión
Esta es la versión “viable” de la fabricación sin intervención humana, basada en robots que supervisan máquinas CNC, parques de palés y rutinas de recuperación.
Paso 1: Elija la primera máquina adecuada y la familia de piezas
Una regla práctica que muchos talleres usan es comenzar con el trabajo en el que las limitaciones de mano de obra ya afectan los envíos o limitan la producción. En muchos casos, los talleres eligen las fresadoras y los tornos conocen bien los procesos de trabajo.
Elija un primer objetivo que cumpla con lo siguiente:
- La presentación de la pieza es predecible (bandeja, nido o palés)
- El tiempo de ciclo es lo suficientemente estable como para programar en función de él
- El método de sujeción de piezas es repetible
- Los controles de calidad son conocidos y no requieren demasiado trabajo manual
Paso 2: Diseñe para logar un flujo constante
Una celda operada por un robot no es simplemente “un robot más una máquina”. Es un sistema pequeño. Como mínimo, diseñe estas interfaces:
- Entrada de piezas (materia prima, piezas en blanco o piezas preinstaladas en el dispositivo de sujeción)
- Salida de piezas (ubicación de la pieza terminada que sea fácil de verificar)
- Gestión segura y consistente de puertas o accesos (manual o automatizada)
- Inicio de ciclo y señales del estado entre el CNC y el robot
En muchos casos, cuando el tiempo de procesamiento es lo suficientemente largo, el taller utilizará un solo robot para operar 2 máquinas CNC. Estos casos requieren un diseño eficiente que utilice un espacio mínimo en planta.
Paso 3: Incorpore sistemas multipalé y la presentación de piezas por etapas (para lograr un tiempo de funcionamiento sin supervisión más eficaz)
Si desea un mecanizado sin supervisión real, necesita capacidad temporal, es decir, suficiente trabajo preparado por etapas para mantener el spindle ocupado más allá de un breve intervalo.
Aquí es donde los sistemas multipalé, o parques de palés, se convierten en un facilitador práctico. Un parques de palés aumenta el “tiempo de funcionamiento sin supervisión” al permitir que la máquina ejecute múltiples configuraciones en cola.
Según un artículo de American Machinist, los parques de palés son un componente básico para el mecanizado sin supervisión porque amplían la cantidad de piezas de trabajo disponibles sin la intervención constante del operador.
Guía práctica para un tiempo de funcionamiento sin intervención significativo:
- Si sus piezas pueden fijarse previamente, los parques de palés son la solución ideal.
- Si sus piezas son piezas en bruto, utilice bandejas o cajones estructurados a los que el robot pueda acceder de manera confiable.
- Gestión segura y consistente de puertas o accesos (manual o automatizada)
- Inicio de ciclo y señales del estado entre el CNC y el robot
Paso 4: Incorpore el monitoreo y los datos (para que sepa lo que sucedió en 02:00)
El mecanizado sin supervisión no se trata solo de poner la máquina en marcha. Se trata de detectar los problemas con la suficiente antelación como para poder solucionarlos o, al menos, notificárselos a la persona adecuada con un contexto claro.
MTConnect es un estándar de datos de fabricación que utiliza un vocabulario normalizado y un modelo de información, con adaptadores que traducen los datos de la máquina y un agente que los pone a disposición para su monitoreo y análisis.
En el caso de la fabricación sin supervisión, el valor es claro:
- Puede rastrear el estado y los eventos de la máquina de manera consistente
- Puede activar alertas a partir de alarmas o condiciones de tiempo de inactividad
- Puede crear un panorama fáctico de las tendencias de utilización a lo largo del tiempo
El software del adaptador analítico integrado de máquina (Integrated Machine Analytical, IMA) de Mitsubishi Electric le permite obtener datos sin procesar de controles CNC compatibles de Mitsubishi Electric. La versión para dispositivos móviles le permite llevar estos datos consigo, en la palma de su mano.
Paso 5: Implemente rutinas de recuperación automatizadas
Si desea un mecanizado sin supervisión, debe prever qué sucederá cuando surjan imprevistos. Esto puede incluir una pieza que está ligeramente fuera de posición, una falla de recogida, la activación de una alarma de la máquina o un contenedor lleno.
Los robots industriales pueden “reaccionar” a condiciones cambiantes mediante un procesamiento lógico integrado con clasificación de seguridad. Muchos admiten el monitoreo del estado y cálculos de estilo de mantenimiento predictivo a nivel del robot.
Las rutinas de recuperación automatizada generalmente incluyen lo siguiente:
1) Verificación del proceso de recogida y colocación
- Confirme la presencia de la pieza antes de recogerla
- Confirme que la pieza quede bien sujeta después de recogerla
- Confirme que la pieza quede bien colocada antes de liberarla
2) Lógica de reintento
- Si el agarre falla, intente recogerla de nuevo un número limitado de veces
- Si la colocación falla, retraiga, vuelva a acercarse e intente de nuevo
- Si aún falla, coloque la pieza en una ubicación definida como “rechazada” y continúe si es seguro
3) Comportamiento de detención segura
- Si el CNC emite una alarma, el robot se mueve a una posición segura
- Si se activa la protección o la zona de seguridad, el robot se detiene y vuelve a ponerse en marcha sin problemas una vez que se despeja
4) Verificaciones de capacidad aguas abajo
- Si el contenedor de productos terminados está lleno, desvíe a un contenedor secundario o haga una pausa de manera segura
- Si la posición de la bandeja de materia prima está vacía, cambie a la siguiente bandeja o palé
5) Reglas de escalamiento
- Para errores “recuperables”, vuelva a intentarlo y continúe
- Para errores “no recuperables”, deténgase y notifique con el código de alarma, la fecha y hora, y el estado de la celda
Aquí es donde los sistemas sin supervisión se vuelven prácticos: no trata de eliminar cada falla. Diseña una celda que puede reconocer fallas comunes y responder de manera segura.
Conclusión: Una lista de verificación clara de las siguientes acciones
La fabricación sin intervención humana no es una simple adquisición. Es una progresión hacia el mecanizado sin supervisión que comienza con una celda confiable y bien diseñada.
Si desea seguir un camino práctico, use la siguiente lista de verificación:
- 1.Elija una fresadora o un torno CNC y una familia de piezas que ya suponga una carga para el personal.
- 2.Diseñe un flujo completo de operación de máquinas, con entrada, salida, señales y acceso seguro.
- 3.Agregue parques de palés o la presentación escalonada de piezas para crear un tiempo significativo sin supervisión.
- 4.Equipe la celda con monitoreo, idealmente mediante un enfoque basado en MTConnect, para que pueda ver el estado, las alarmas y los patrones de tiempo de inactividad.
- 5.Desarrolle rutinas de recuperación automatizadas para los problemas previsibles: reintentos de agarre, reintentos de colocación, manejo de rechazos, parada segura y escalamiento.
- 6.Solo entonces amplíe la operación, ya sea a una segunda máquina o a operaciones secundarias.
Ese es el plan de acción práctico. Una celda que funciona más horas, con menos interrupciones y un comportamiento de recuperación predecible.
No sienta que necesita recorrer este camino solo. Para hablar con un experto en robótica especializado en la operación de máquinas, comuníquese con nuestro equipo.
Preguntas más frecuentes
¿Qué es la operación de máquinas robóticas?
- La operación automatizada de máquinas robóticas es la carga y descarga automatizadas de máquinas CNC, generalmente fresadoras y tornos CNC, mediante un robot. A menudo se amplía a tareas como inspección, soplado, lavado, desbarbado, clasificación, envasado y calibración.
¿Qué es la fabricación sin intervención humana en el mecanizado CNC?
- La fabricación sin intervención humana es el mecanizado sin supervisión, donde las máquinas CNC funcionan más allá de los turnos con personal, a menudo durante la noche o los fines de semana, respaldado por rutinas de automatización, monitoreo y recuperación.
¿Necesito automatización de parques de palés para el mecanizado sin supervisión?
- No siempre, pero la automatización de parques de palés es una de las formas más comunes de aumentar el tiempo sin supervisión al preparar varias configuraciones, para que la máquina pueda seguir funcionando durante más tiempo sin la intervención del operador.
¿Cómo funcionan las rutinas de recuperación automatizadas en la automatización CNC?
- Las rutinas de recuperación automatizadas son respuestas planificadas previamente a fallas comunes, como fallas de agarre, problemas de colocación o contenedores llenos. Por lo general, incluyen comprobaciones de verificación, lógica de reintento, paradas seguras, manejo de rechazos y notificaciones de escalamiento.
¿Puede un robot operar varias máquinas CNC?
- Sí, es común que un robot opere varias máquinas CNC cuando los tiempos del ciclo de mecanizado proporcionan suficiente margen para que el robot opere cada máquina de manera confiable.
¿Cómo admite MTConnect la fabricación sin intervención humana?
- MTConnect estandariza los datos de las máquinas a través de adaptadores y un agente, lo que facilita el monitoreo del estado de las máquinas, los eventos y las alarmas en todo el equipo para su análisis y las alertas.
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Colaboradores
Patrick Varley
Gerente de Marketing de Productos (Robot)
Mitsubishi Electric Automation, Inc.
