Las prensas servo avanzan hacia la era digital
Las prensas servo avanzan hacia la era digital
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Las máquinas para realizar diferentes procesos metalmecánicos evolucionan rápidamente apoyadas por sistemas digitales. Este es el caso de un fabricante de prensas cuya necesidad de exactitud y de repetitividad en diseños de prensas accionadas por motores servo, lo llevó a incursionar en un proyecto, no solo de transformación de piezas metálicas, sino de digitalización.
En un campo en el que las prensas hidráulicas son estándar, la firma Gasbarre Products —dedicada al diseño, dimensionamiento y fabricación de prensas mecánicas, hidráulicas, compactadoras de polvo y eléctricas— decidió relanzar su última prensa de tres toneladas usando solo accionamientos eléctricos servo. Mientras que el diseño había sido parte de la planeación estratégica del nuevo producto, se convirtió en una realidad después de que un cliente solicitó una máquina capaz de proveer de mayor rendimiento y una precisión avanzada.
Gasbarre se enfoca en equipamiento de proceso primario para la metalurgia de polvo, materiales particulados e industrias de procesamiento térmico. "Aunque esta primera aplicación fue para la industria de dispositivos médicos, sabíamos que otras industrias como la aeroespacial, automotriz, aparatos comerciales, césped y jardín y componentes electrónicos, se beneficiarían de una prensa eléctrica más rápida, más precisa y más limpia. Además, una máquina que podría encajar en la industria de la cerámica funcionaría igual de fácil con otros materiales", considera Heath Jenkins, vicepresidente de Ventas y Marketing de Gasbarre.
Los clientes de este tipo de equipos industriales suelen tratar de conseguir más capacidad para fabricar nuevos productos, al tiempo que mantienen la habilidad de cumplir requisitos microscópicos de inspección. Por ejemplo, las inspecciones fuera de la prensa para las piezas cerámicas tienen que realizarse usando microscópicos y no a simple vista, por lo que se requiere un alto nivel de precisión. Pero, además de las especificaciones adecuadas en control de movimiento, es importante tener una respuesta rápida a sus necesidades tecnológicas únicas y exigentes.
Confrontados con un plazo casi justo para completar la nueva máquina, Gasbarre necesitaba asegurarse de que su diseño y las fases de fabricación fueran muy eficientes. La empresa había trabajado con el mismo proveedor tradicional de equipamiento de control por más de 30 años; sin embargo, la prensa impulsada por servo generó nuevos desafíos que requirieron innovación y un profundo entendimiento de cómo digitalizar el proceso de control.
Larry Shindledecker, ingeniero de diseño eléctrico para Gasbarre, explica: "nuestro requerimiento de precisión y una repetitividad dentro de milisegundos, nos llevó a investigar lo que otros proveedores podrían ofrecer. Después de realizar la debida diligencia, nos decidimos por Siemens".
Durante el proceso de selección se buscó que la solución pudiera satisfacer las necesidades específicas de las aplicaciones, pero también se requería que dichas herramientas les permitieran potenciar el proceso de diseño para la máquina de próxima generación con plazos de entrega ajustados. Shindledecker indicó que "Siemens hizo el cambio muy fácil".
Esta nueva tecnología permitió al personal de Gasbarre una intensa formación en sitio a través de un programa denominado Siemens Mentoring, que está diseñado para ayudar a los OEMs a construir máquinas de fábrica digital para asegurar futuros negocios. Los ingenieros de aplicación del proveedor trabajaron al lado del equipo técnico del fabricante para ayudar a escribir el software de las aplicaciones.
Gracias a este trabajo en conjunto con el grupo OEM fue posible suavizar fallas, además de que se contó con la asistencia del diseño hasta el primer arranque de máquina. "Nos concedieron la confianza de que juntos podríamos hacer el trabajo. Incluso después de diseñar y fabricar la prensa, el apoyo de aplicaciones permaneció a un alto nivel", aseguró el entrevistado.
Mayor capacidad
Para cumplir los requisitos tecnológicos de este fabricante, establecido en Pensilvania, la nueva prensa tuvo que ser transformada, de una posición tradicional del movimiento, a una posición de movimiento de fuerza. Esto presentó un desafío al sistema porque los dos movimientos requieren diferentes características operacionales y de retroalimentación.
El cambio tuvo que ocurrir en centésimas de un milímetro. Además de que necesitaban ser mantenidos niveles de repetitividad altos. Los procedimientos operacionales y de software también tenían que ser rediseñados. De hecho, la solución requería ser capaz de cambiar posiciones sobre la marcha.
Anteriormente, lla funcionalidad mencionada no era lo suficientemente refinada y demandaba una solución integrada con un tercero. Según los representantes del fabricante de Gasbarre, la principal ventaja de haber seleccionado a Siemens como socio en el diseño fue la integración del producto de movimiento de segunda generación de la empresa y el movimiento incrustado de tercera generación en el PLC.
Ambos tienen capacidades de transición automática, un requisito crítico para el sistema de Gasbarre. La importancia de la transición automática es que proporciona la capacidad de cambiar de una posición de movimiento tradicional a un movimiento forzado durante el ciclo. Para ello se ofreció una solución existente con el control de movimiento modelo Simotion D435.
Para el control de automatización, Gasbarre eligió utilizar el controlador de sistemas SIMATIC S7-1500 porque durante su evaluación lo consideraron un controlador lo suficientemente flexible como para adaptarse a un entorno de diseños de prensa dinámicos. El controlador también demostró ser fácil de usar y ofreció integración funcional y escalabilidad. Los programas del controlador de usuario también fueron simples de usar y fácilmente trasferibles en caso de ser necesario.
Elegimos una prensa eléctrica con accionamiento servo debido a la precisión que recibiríamos usando un diseño servo de bucle cerrado. Para cada uno de los tres motores servo usados en la prensa, proporcionamos retroalimentación del codificador rotatorio para mantener no solo la precisión, sino también la repetitividad de la prensa"
Larry Shindledecker, ingeniero de diseño eléctrico para la firma Gasbarre Products.
El nuevo diseño de una máquina completamente eléctrica benefició aún más al cliente, pues le permite ofrecer una huella general más pequeña, uso más bajo de energía (no hay necesidad de una bomba hidráulica que funcione todo el tiempo) y un medio ambiente más limpio (sin fugas hidráulicas). La agilidad de la nueva tecnología adquirida para brindar una transición perfecta en el movimiento accionado por cada servo proporcionó a Gasbarre las herramientas necesarias para responder a los requerimientos de la industria.
Excediendo las expectativas, el cliente de Gasbarre requirió de alta precisión, mientras que mantenía un rendimiento de alta velocidad. Su usuario final ya tenía una estricta especificación de tolerancia de 1.5 Cpk y, con el nuevo diseño, fueron capaces de superar el nivel de tolerancia por un factor de 2x.
La máquina también excedió los requisitos de velocidad exigidos por los clientes con un factor de 3x. El fabricante estadounidense, como un constructor de máquina respetado, alcanzó un objetivo importante: mejores piezas a velocidades mayores y dentro de las limitaciones de una cronología apretada. "La velocidad y la tolerancia típicamente no van de la mano", agregó Shindledecker. "Pero, en este caso, todo se reunió perfectamente. Esto se debió a la capacidad de Siemens de responder a nuestras necesidades urgentes e inmediatas con un alto nivel de apoyo de ingeniería".
Digitalización y servicios
Además de lanzar una nueva máquina de motor servo eléctrico, Gasbarre quería desarrollar capacidades de digitalización dentro de sus nuevos lanzamientos para proporcionar servicios adicionales a sus clientes.
Los proveedores anteriores habían indicado que sus capacidades digitales y soluciones todavía no estaban disponibles para implementar en proyectos de dicha naturaleza; sin embargo, durante el diseño y colaboración de la máquina de motor eléctrico servo, los representantes del fabricante de prensas mencionaron la necesidad de digitalización como parte de su estrategia de largo plazo, por lo que los ingenieros de Siemens actuaron en esta dirección para responder a la nueva solicitud con capacidades de digitalización ya disponibles en la cartera tecnológica del proveedor alemán. De esta manera, se propuso una cronología agresiva para incorporar la digitalización en la máquina actual, lo que permitió a Gasbarre visualizar los beneficios de la digitalización en ese mismo proyecto y todos los que serán desarrollados de ahora en adelante.
Gasbarre ya estaba utilizando el portal Totally Integrated Automation (TIA) de Siemens para la plataforma de software de la prensa del motor eléctrico servo que proporcionó una gama completa de servicios de automatización digitales, desde la planificación y la ingeniería integrada hasta el funcionamiento de usuario transparente.
TIA conecta a Gasbarre y a sus clientes con diagnósticos inteligentes para apoyo general, mantenimiento preventivo y capacidades de administración de energía. La herramienta mencionada también proporciona a los usuarios flexibilidad a través de configuradores inteligentes y asistentes de selección, sin necesidad de requerir el conocimiento experto de la programación. Las versiones de ordenador y en la nube proporcionan acceso a todo el equipo para máxima flexibilidad.
Hombre y máquina
Para visualización fue seleccionado el software WinCC HMI, también del fabricante alemán, y el panel de control que incorpora un redactor gráfico inteligente, almacenamiento central de datos y una biblioteca completa. Los paneles proporcionan una pantalla panorámica de alta resolución (de 4 a 22 pulgadas) que está disponible opcionalmente con funcionamiento táctil o las teclas de control, que se pueden adaptar a cualquier aplicación.
La nueva prensa eléctrica accionada por servo de Gasbarre ofrece a los clientes un nuevo nivel de precisión operativa. El uso del sistema servo y los actuadores de rodamiento de rodillo mejoran la precisión por un factor de 3x (desde 0.0004mm hasta 0.00015mm).
En comparación con los equipamientos hidráulicos tradicionales, esta solución proporciona no solo una huella más pequeña, sino que también permite una reducción de 75 % en consumo de energía y mejora las tasas de producción por un factor de 3x. Una ventaja adicional es que la solución Siemens produjo una nueva máquina eléctrica que es mucho menos ruidosa. En vez de la gama convencional de los sistemas hidráulicos de 80+ dB, la prensa accionada por servo funciona en la gama 68-dB. Por lo tanto, no se requiere ningún equipamiento de protección auditiva, hecho que representa una ventaja de seguridad y de funcionamiento.
La asociación con Siemens para una estrategia de productos digitales ayudó a Gasbarre a evolucionar su flexibilidad al diseñar futuros sistemas digitalizados, mejorar el servicio a sus clientes actuales, y ofrecer máquinas que sean rápidas, precisas y menos costosas de usar.
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