Cómo la variabilidad del proceso acaba con la automatización en el taller de fabricación de metal

Jun 18, 2023

La automatización no puede hacer que lo poco confiable sea confiable, especialmente cuando las partes que ingresan al sistema automatizado no son consistentes. La variabilidad es el mayor bache en el camino hacia la automatización de un proceso de fabricación. imágenes falsas

Muchos fabricantes se esfuerzan por automatizar operaciones aparentemente sencillas solo para pasar meses depurando y finalmente desesperados. Eventualmente eliminan la automatización, lo que a menudo genera una serie de disputas con los proveedores de automatización. En casi todos los casos, la falla puede atribuirse a la variabilidad de una pieza a otra o a la falta de estabilidad del proceso, ninguno de los cuales es responsabilidad del proveedor de automatización.

En la fiebre de la industria por automatizar, las organizaciones están cometiendo algunos errores fundamentales que resultan en retrasos significativos en los procesos, sobrecostos y, a veces, fallas absolutas. Terminan produciendo piezas no conformes o perdiendo rendimiento de producción debido a fallas frecuentes en las máquinas. En estos casos, la automatización puede tener un impacto neto negativo en la productividad y los costos. Peor aún, las fallas específicas del proyecto proyectan la automatización en una luz innecesariamente mala con la administración, de modo que los proyectos posteriores son rechazados.

Los fabricantes pueden evitar este escenario tomando medidas para identificar, comprender y reducir lo que sigue siendo la principal razón técnica del fracaso del proyecto: la variabilidad del proceso.

La variación dimensional de pieza a pieza, el factor de riesgo más importante y que más se pasa por alto para cualquier proyecto de automatización, involucra dos componentes. El primero es la capacidad del proceso. ¿Las piezas se ajustan a las especificaciones de impresión el 100 % del tiempo? Un estudio de capacidad del proceso proporciona una instantánea de esta capacidad y se mide como Cpk, un índice de capacidad del proceso que identifica la relación entre las especificaciones de impresión y la variabilidad natural del proceso.

El segundo componente es la estabilidad del proceso. ¿El proceso permanece relativamente estable en el tiempo? Cada proceso tiene alguna variabilidad natural, como se muestra en las distribuciones normales enFigura 1 . Si la línea central del proceso en esa distribución cambia con el tiempo, ¿todavía produce piezas 100% conformes? A menos que proporcionen una celda u operación llave en mano, los proveedores de automatización generalmente responsabilizan al fabricante por la estabilidad del proceso.

Considere un proceso en el que piezas en bruto alimentadas por bobina, niveladas y cortadas a medida se embutin profundamente y se recortan. Específicamente, los espacios en blanco se cortan internamente a medida a partir de bobinas precortadas y se colocan para cargarlas en una prensa de extracción y recorte de dos estaciones con la lubricación adecuada.

La primera estación tiene sensores de detección de espacios en blanco en el troquel que alertan al operador de errores de alimentación y evitan la activación si un espacio en blanco no está colocado correctamente. La segunda estación tiene sensores en el troquel que detectan si la pieza formada está correctamente asentada antes de recortar. Esto incluye la división y expulsión de recortes para que la pieza terminada se pueda quitar y colocar de manera confiable en un transportador de salida.

Un operador de prensa carga cada pieza en blanco en la prensa, activa el sistema de lubricación y mueve la pieza manualmente entre las estaciones de dibujo y recorte a una canasta para las piezas terminadas. La chatarra se secciona en el troquel de corte y cae a una cinta transportadora.

Delante de la prensa hay una cortina de seguridad con un enclavamiento rápido. Aun así, la empresa quiere automatizar el proceso por motivos de productividad y seguridad. Operar la prensa es un trabajo muy exigente y el negocio va en aumento.

En la superficie, esto podría parecer un proyecto sencillo de automatización de recoger y colocar. Un sistema automatizado podría colocar con precisión espacios en blanco en un troquel, mover la parte dibujada del troquel una vez expulsada, luego colocarla en la estación de corte (verFigura 2 ). Luego podría retirar la pieza terminada del troquel de recorte y colocarla en un transportador de salida. Con las interfaces adecuadas entre la robótica, los sensores y los controles de la prensa, este proyecto debería acelerarse sin problemas, ¿verdad?

Figura 1. Un proceso capaz y estable tiene distribuciones de parámetros estrechas que ocurren dentro de los límites de especificación del proceso.

Las partes dibujadas deben ser precisas y consistentes. Las piezas deformadas pueden adherirse a los troqueles y convertirse en chatarra. Y si se automatizan, tales contratiempos pueden causar fallas que cierran la operación. Por esta razón, la empresa necesita evaluar la capacidad y la estabilidad del propio proceso de dibujo.

La planificación para la automatización requiere un buen ojo para los modos de falla: ¿Qué puede salir mal y qué saldrá mal? Esta es la esencia de la variabilidad excesiva del proceso que se manifiesta en la automatización que emite alarmas con frecuencia, lo que produce desechos excesivos y disminuye el rendimiento.

Un proceso de tres pasos ha demostrado ser bastante exitoso para minimizar la variabilidad del proceso y los obstáculos para la automatización: (1) observar, (2) analizar, luego (3) planificar e implementar.

Las disciplinas de manufactura esbelta y controles de procesos fundamentales (uso de control de procesos estadísticos, estudios de capacidad) ayudan a mejorar las operaciones manuales, pero se vuelven aún más importantes en un entorno automatizado. Una vez implementado en el entorno manual, la transición hacia la automatización puede comenzar en serio.

Proveedores de automatización de pantalla. Los proveedores de automatización están en el negocio de desarrollar, diseñar, construir e implementar celdas automatizadas. No están en el negocio de mitigar la variabilidad y los riesgos del proceso. De hecho, esperan que sus clientes controlen ambos. Los mejores proveedores pasarán tiempo en el sitio, observarán la operación e identificarán minuciosamente los riesgos. Aún así, no confíe en que el proveedor de automatización haga este trabajo por usted.

Si el proveedor de automatización proporciona una celda llave en mano, incluya en el contrato las pruebas específicas requeridas en la fábrica y durante la puesta en marcha para aprobar el proyecto. Junto con el proveedor, revise de cerca la operación, incluida la ubicación de las piezas y la sujeción de los trabajos, para asegurarse de que comprendan todo el proceso, no solo la automatización.

Algunas empresas de automatización querrán vender sistemas de visión complejos y dispositivos de inspección en proceso. Tenga cuidado con estos y concéntrese primero en obtener y mantener un proceso muy capaz. Los dispositivos de inspección deben calibrarse y mantenerse, y agregan costos y tiempo de ciclo. Si estos dispositivos terminan produciendo una señal falsa tras una señal falsa, podrían terminar apagándose de todos modos.

Escriba una solicitud de cotización con un proceso de aprobación de dos etapas. Incluya los pasos finales del proceso en sus contratos, uno en las instalaciones del proveedor de automatización antes del envío y otro en su fábrica al momento de la puesta en marcha y antes del pago final. Asegúrese de documentar esta aprobación de dos etapas al solicitar ofertas para que los proveedores de automatización puedan planificar e incluir el costo y el tiempo en sus documentos de oferta. Vincule los pagos progresivos de cada paso a la finalización de cada etapa y defina claramente los requisitos de aprobación, como los tiempos de ciclo específicos y el tiempo de actividad deseado.

Realice revisiones exhaustivas del concepto de automatización. Revise los conceptos de automatización propuestos de cerca con los posibles proveedores. Pídales que guíen al equipo a través de cada estación, el concepto propuesto y las suposiciones subyacentes.

Además, revise los modos de falla que su equipo ha identificado y con la empresa de automatización, y pregunte cómo su solución propuesta abordaría cada uno. Finalmente, pregunte a su equipo de diseño acerca de sus inquietudes acerca de la aplicación. Los buenos diseñadores tendrán buenas preguntas.

Figura 2. Los pasos enfocados, delineados en rojo, parecen sencillos de automatizar, pero no sin estabilidad y capacidad del proceso.

Proporcionar piezas representativas para el desarrollo y las aprobaciones de automatización. Una vez que haya reforzado los controles del proceso y reducido la variabilidad del proceso, proporcione al proveedor de automatización seleccionado piezas de una serie de lotes o series de producción para que las utilice en la depuración del equipo en sus propias instalaciones. El proveedor de automatización los usará durante la primera etapa de aprobación, así que evite enviar solo las mejores partes, ya que esto solo causará más problemas durante la segunda etapa de aprobación en el sitio.

Los fabricantes recurren cada vez más a la automatización y las tecnologías inteligentes para abordar la escasez crítica de mano de obra y habilidades en todo el país. Y el ritmo de la automatización está aumentando, gracias a la alta demanda y las tendencias de reubicación en la gestión de la cadena de suministro. Aún así, la automatización por sí sola no puede hacer que lo poco confiable sea confiable, especialmente cuando las partes que ingresan al sistema automatizado no son consistentes.

Descubra la variabilidad del proceso al principio de un proyecto para que pueda eliminarse en lugar de detectarse durante la puesta en marcha. La automatización exitosa siempre se basa en procesos estables y capaces. Los fabricantes exitosos entienden esto y hacen el trabajo duro para comprender sus procesos, estabilizarlos, reducir la variabilidad y solo entonces automatizar.