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Jun 23, 2023

El taller de máquinas conectadas

La parte 1 de esta serie de tres partes sobre Connected Machine Shop se publicó en la edición de julio de Manufacturing Engineering. Ese artículo mostró cómo el Internet industrial de las cosas (IIoT) aumenta la visibilidad.

La parte 1 de esta serie de tres partes sobre Connected Machine Shop se publicó en la edición de julio de Manufacturing Engineering. Ese artículo mostró cómo el Internet industrial de las cosas (IIoT) aumenta la visibilidad de las actividades del taller y cómo el monitoreo de la producción basado en la nube es superior a la recopilación de datos tradicional en papel.

Como se analizó en esa historia anterior, el cambio es difícil. Aun así, hay que empezar por algún lado, así que comencemos preguntando: ¿cuál es el mayor problema? ¿Es una cifra OEE (eficacia general del equipo) poco impresionante, una métrica que a menudo podría sobreestimarse? ¿Se trata de una calidad deficiente de las piezas, de una vida útil deficiente de las herramientas, de islas de información dispares o de demasiadas fallas de las máquinas? Para Julio Vasconcelos, director de ingeniería de las instalaciones de producción de Sandvik Coromant en Mebane, Carolina del Norte, la dificultad era demasiado común: tiempos de ciclo que a menudo eran mucho más largos de lo previsto. No fue hasta que él y su equipo implementaron el software de monitoreo de máquinas de la empresa, MachiningInsights, que descubrieron la causa raíz.

"Rápidamente nos enteramos de que algunos de los operadores estaban rechazando las anulaciones de la velocidad de alimentación en un intento de resolver los problemas y luego lo dejaban ahí", dijo Vasconcelos. “Al tener una mejor visibilidad, aumentamos significativamente la utilización de la máquina y también aumentamos la vida útil de la herramienta. Desde entonces, hemos encontrado ejemplos similares, desde operadores que esperan la primera inspección de la pieza hasta el robot que no carga una pieza correctamente. En cada caso, le pedimos al operador que ingresara códigos de motivo o descripciones breves del problema. Gracias a estos esfuerzos, hemos aumentado nuestra OEE del 55 al 80 por ciento, lo que, si se hacen los cálculos, equivale a un día entero de tiempo de máquina adicional cada semana”.

Cada tienda es diferente y es posible que la tuya no tenga tan fácil acceso. Si bien la mayoría están plagadas de oportunidades de mejora continua, es posible que los miembros del personal no se pongan de acuerdo sobre cómo abordarlas ni tengan las herramientas para hacerlo. Lo que se necesita es un plan de acción que delinee cuáles son los problemas, las acciones necesarias, quién es responsable de cada uno y cuánto costará.

Quizás el mejor lugar para comenzar sea reunir a todos los interesados ​​y realizar una lluvia de ideas, compartiendo sus inquietudes sobre la producción, sus pérdidas de tiempo y sus manías. Escríbelos en una pizarra. Clasifique cada uno y luego busque puntos en común. Solicite sugerencias sobre formas de eliminar estos problemas. Documente qué datos faltan, su fuente probable y cómo los va a recopilar.

También debería haber métodos simples pero eficaces para medir el progreso. Esto se vuelve mucho más fácil una vez que se automatiza la recopilación de datos. Es imposible determinar la eficacia de cualquier solución sin métricas claramente definidas. ¿Qué son? Los KPI que generan la mayor rentabilidad.

Sobre todo, comprenda que esto no es un proyecto paralelo, algo que deba hacerse según lo permita el tiempo o el presupuesto. El objetivo debe ser una transformación completa del negocio. Dicho esto, está bien empezar poco a poco. Bijal Patel, especialista senior en mecanizado digital de Sandvik Coromant, sugirió esto durante una reciente sesión de preguntas y respuestas en el sitio web de la compañía, ofreciendo un mantra junto con las frases "pensar en grande" y "escalar rápidamente".

Si Jeff Rizzie estuviera en la sesión de lluvia de ideas que acabamos de describir, el primer lugar de su lista de cosas que le molestan podría decir “demasiada dependencia del conocimiento tribal”. El director de mecanizado digital de Sandvik Coromant es el primero en estar de acuerdo en que las personas cualificadas y experimentadas son un bien valioso en cualquier taller, pero también sugirió que a) algún día se jubilarán o llevarán sus conocimientos a otra parte, yb) están lejos de más eficaz cuando está respaldado por software inteligente.

"Imagine por un minuto que es un programador CNC y que su supervisor le acaba de asignar un trabajo", dijo Rizzie. “Probablemente comenzarás seleccionando todas tus herramientas, lo que para la mayoría de las tiendas significa adquirir un catálogo en papel. Una persona con experiencia tiene una idea bastante clara de lo que necesita, pero aun así significa hojear cientos de páginas y decenas de miles de SKU hasta que haya identificado todo lo que necesita. Luego tendrá que escribir los números de pieza y las dimensiones en el software CAM y probablemente tendrá que volver al catálogo nuevamente para conocer los avances y las velocidades. Los talleres con una estrategia de mecanizado digital pueden evitar todo esto. Pueden simplemente arrastrar y soltar lo que sea necesario para realizar el trabajo”.

Los talleres también pueden evitar los errores inevitables que surgen del enfoque manual y de conocimiento tribal. Un taller que aprovecha una plataforma de herramientas integrada como CoroPlus ToolLibrary de Sandvik Coromant, dijo, tiene acceso instantáneo a modelos digitales de todo lo que está en el catálogo, junto con cualquier metadato asociado, como información de adquisición y uso, ubicaciones de almacenamiento y productos sustitutos.

Los beneficios son múltiples. No hay riesgo de alterar la velocidad de avance o la velocidad del husillo. Las colisiones son menos probables, especialmente cuando se utilizan con software de simulación de trayectorias de herramientas y preajustes fuera de línea. Y como estos sistemas son cada vez más inteligentes, ayudan a guiar a los usuarios a través del proceso de selección de herramientas. Los programadores simplemente responden preguntas sobre su aplicación de mecanizado y el software presenta las soluciones más adecuadas. Esto ahorra tiempo y reduce errores.

"Sistemas como estos también brindan un lugar para administrar todos los datos de las herramientas de corte", dijo Rizzie. “Puede tener un gemelo virtual de cada herramienta de corte, portaherramientas, tornillo y cuña en el almacén de herramientas, incluso si no proviene de Sandvik Coromant. Y como CoroPlus ToolLibrary se basa en estándares ISO y tiene una API (interfaz de programación de aplicaciones) abierta, compartir información con otro software es sencillo”.

Hay algunos requisitos previos antes de que pueda comenzar toda esta magia digital. La primera es una tienda en red. Cubriremos más del aspecto “cables y alicates” de la Industria 4.0 en la Parte 3 de esta serie, pero por ahora, la primera tarea es conectar el taller. Dado que las soluciones de Sandvik Coromant, como la mayoría de las demás, están basadas en la nube, se necesita una conectividad sólida. Eso incluye firewalls, software antivirus y capacitación de operadores para mantener seguros los activos.

También debería haber cierta discusión sobre qué sistemas de software (incluso si aún no se han comprado) serán los anfitriones principales de todos estos datos y cuáles serán los secundarios. Por ejemplo, la ToolLibrary que mencionó Rizzie podría albergar todos los datos de herramientas del taller, con sincronización con el sistema ERP (para fines de adquisiciones) y el software CAM (para programación y simulación).

Sin embargo, estos datos también podrían almacenarse en un sistema de gestión de herramientas (TMS), uno que esté vinculado a una unidad de preajuste fuera de línea y a gabinetes dispensadores de herramientas, con conexiones al resto del software del taller. Y algunos podrían argumentar que el software de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) o de gestión de datos del producto (PDM) es una mejor opción, ya que la información de las herramientas se puede almacenar junto con otros datos relacionados con la ingeniería de una pieza de trabajo.

El camino a seguir depende de los sistemas disponibles, usted

Las necesidades de datos únicas de su taller y su visión de Industria 4.0. Sin embargo, lo más importante es que todos estén de acuerdo con la solución y estén capacitados en su uso. “Eso fue fundamental para nosotros”, dijo Vasconcelos. "Todos quieren hacer un buen trabajo y son más felices cuando saben que son parte de la solución".

Este es un buen comienzo para las herramientas de corte, pero ¿qué pasa con el resto de la estrategia de fabricación digital? Después de todo, uno de los principales resultados de la Industria 4.0 y el IIoT es la recopilación y el análisis de datos de producción, y eso comienza con las máquinas herramienta CNC.

Suponiendo que exista conectividad de red, la siguiente pregunta es la edad de las máquinas. Es posible que las máquinas más antiguas necesiten un dispositivo no original. Para talleres con equipos mucho más antiguos, es algo a considerar al principio del proyecto. La buena noticia es que prácticamente todos los tornos CNC, multitarea, centros de mecanizado y electroerosionadores más nuevos están listos para conectarse.

Considere esto: Vasconcelos y el equipo de las instalaciones de Sandvik Coromant en Mebane mejoraron sus cifras de OEE mediante el control de una simple anulación de la velocidad de avance. ¿Qué conocimientos se podrían obtener al recopilar datos como cargas de servos, temperaturas del husillo, uso de herramientas y variables macro, y luego analizar esos datos en el contexto de la información de calidad (disponible en las CMM y equipos de medición conectados) y la entrada del operador? ¿O usarlo para realizar mantenimiento predictivo? ¿Mejorar la precisión de la programación? ¿Reducir los tiempos de ciclo?

Como señaló Patel, esto es posible. Todo lo que se requiere es la voluntad de cambiar y un conjunto de expectativas realistas. "Con todo lo que se ha hablado en los últimos años sobre la Industria 4.0, algunas personas han desarrollado esta visión utópica de un taller de máquinas conectado, donde hay transmisión de datos por todas partes, hay visibilidad completa de todo y nunca hay sorpresas", dijo. “La realidad es que muchas tiendas ni siquiera tienen conexión a Internet. Como industria, actualmente estamos en la etapa de las bicicletas, mientras todos sueñan con Teslas”.

Afortunadamente, estamos preparados para alcanzar rápidamente la etapa de Tesla. Patel señaló que los clientes pueden conectar sus máquinas a MachiningInsights y comenzar a recopilar datos en cuestión de minutos. Luego, el software presentará estos datos mediante paneles preconfigurados a cualquier persona interesada y enviará mensajes de correo electrónico o SMS a quienes se hayan suscrito. E incluso si esas mismas personas están demasiado ocupadas para comenzar proyectos de mejora continua en profundidad basados ​​en esa información, el simple hecho de tenerla disponible ayuda a identificar tendencias y solucionar problemas, lo que a cambio reduce el tiempo de inactividad de la máquina.

"Es una excelente manera de comenzar con sus esfuerzos de digitalización", dijo. “Está basado en la nube, por lo que no hay una gran inversión en servidores. Cualquiera que inicie sesión y tenga los derechos de acceso adecuados puede ver lo que hacen las máquinas en cualquier dispositivo. No hay necesidad de horas de análisis de datos porque el software hace todo el trabajo pesado por usted. Simplemente hace que todo y todos sean más eficientes”.

Rizzie estuvo de acuerdo con la analogía de la bicicleta de Patel, ofreciendo una comparación con la industria de los refrescos, que ha adoptado prácticas de IIoT durante décadas. Estas empresas, explicó Rizzie, tienen sensores en todas partes. Disfrutan de una visibilidad completa de las bombas, motores, trenes de engranajes y todos los demás componentes de sus líneas de producción altamente automatizadas. Tienen acuerdos de nivel de servicio con los proveedores que fabricaron esas líneas, y si el software utilizado para monitorearlas predice una falla inminente en un componente, recibe servicio de manera proactiva.

"Nosotros [en la industria del mecanizado] actualmente no hacemos nada de eso", dijo Rizzie. “La tecnología está disponible. Es cada vez más asequible, bien comprendido y relativamente fácil de implementar. A pesar de todo eso, a la mayoría de los talleres mecánicos no les importa. Esperan a que se estropee su equipo. Tienen la tecnología para monitorear la concentración del fluido de corte y los niveles de partículas, pero dependen del mal olor antes de decidir cambiarlo. Dependen de la intuición y del conocimiento tribal para mecanizar piezas, en lugar de métodos y datos científicos. Todo esto debe terminar si queremos que la industria siga siendo competitiva. Las herramientas están ahí para tomarlas; es sólo cuestión de agarrarlos y comenzar”.

En la tercera y última parte de la serie Connected Shop, exploraremos algunos de los detalles más técnicos de la Industria 4.0, incluida la computación en la nube, la integración y los protocolos de comunicación.

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