El papel de la velocidad en la flexibilidad operativa

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De cuna japonesa, fue trasladado por un académico de Toyota al MIT bajo el concepto de Lean Manufacturing. Uno de sus componentes, el cambio rápido de herramentales (SMED), está favoreciendo con su metodología a las plantas metalmecánicas con mejoras considerables en el tiempo ciclo, principalmente en los procesos de sujeción y fijación (tanto de piezas como de herramientas) con un significativo impacto en el set up.


Los avances tecnológicos que favorecen el cambio rápido de herramentales no dejan de evolucionar, y uno de los elementos clave para reducir la configuración de los trabajos de maquinado son los dispositivos de sujeción.

En la actualidad, ninguna empresa que aspire a ser competitiva puede obviar los cambios rápidos de herramentales, también conocido como SMED (Single Minute Exchange of Die) o simplemente Quick Change, una metodología heredada de la manufactura esbelta o lean manufacturing.

El planteamiento de esta metodología es reducir a un dígito, es decir, menos de 10 minutos, los cambios de herramentales.

Han pasado casi 70 años desde que Taiichi Ohno, Edward Deming, Shingeo Shingo y Eijy Toyoda comenzaron a desarrollar los principios de la manufacura esbelta, cuyo fin era lograr una producción más eficiente, eliminando todo lo que no agregaba valor al producto fabricado. A pesar del tiempo, estas metodologías están más vigentes que nunca.

“Cuando surgieron estas metodologías en Japón, había que fabricar muy poca cantidad de muchos modelos, que es precisamente lo que ocurre hoy en día, entonces ellos se anticiparon 70 años a los requerimientos actuales del mercado”, explica Roberto Hernández Lecanda, consultor internacional en Lean Manufacturing y Toyota Production System, y presidente del Lean Enterprise Institute México.

Cuando Kiichiro Toyoda, fundador de Toyota Motor Corporation, conoció la línea de producción en serie de Henry Ford en los años 20, se dio cuenta que, por sus dimensiones, ese modelo de manufactura no era aplicable a las necesidades de Japón, así que se dio a la tarea de diseñar un nuevo sistema de producción acorde con el tamaño y requerimientos del mercado japonés.

Con una población mucho más pequeña que la de Estados Unidos y donde 80 % de las personas eran de bajos recursos y dedicada al campo, la misión de Toyoda era fabricar muchos modelos diferentes de autos y camiones en cantidades pequeñas y al mejor costo posible, sin tener que dejarlos en un almacén de producto terminado que elevaría sus costos exponencialmente.

Igual que Ford, decidió que necesitaba una producción de flujo continuo para que los autos no se estancaran en la línea de producción: debía pasar lo más rápido posible desde el principio hasta el final de línea. Recortar los tiempos de manufactura le permitiría prescindir de un almacén y reponer solo lo que las agencias de autos iban vendiendo.

Una vez que logró producir más rápido, Toyota se dio cuenta de que había problemas serios al cambiar de herramentales para pasar a otro modelo. Se tardaban entre 8 y 20 horas para cada cambio, dependiendo de la máquina y el tipo de herramentales. Ford no tenía ese problema porque fabricaba el mismo tipo de vehículo y en lotes muy grandes.

El equipo de operaciones observó todas las actividades que involucraban los cambios de herramentales y logró identificar las actividades internas (se hacen con la máquina parada) y las externas (se hacen fuera de la máquina, antes de pararla o después de arrancarla).

Ahora el objetivo fue disminuir lo más posible la cantidad de actividades internas para que el tiempo de paro de la máquina se redujera también al mínimo, y así surgió la metodología SMED, que se le atribuye al ingeniero japonés Shigeo Shingo.

El planteamiento de esta metodología es reducir a un dígito, es decir, menos de 10 minutos, los cambios de herramentales, y se utilizó por primera vez en la fábrica principal de Toyota en 1969 en una prensa de 1,000 toneladas.

El enemigo número uno

En estas tareas de cambio rápido, un punto crítico, de acuerdo con Roberto Hernández, es lo relacionado con los sistemas de sujeción, ya que el cambio de herramientas implica atornillar y desatornillar los componentes.

“Los especialistas en SMED dicen que el enemigo público número uno del cambio rápido es el tornillo. Aflojar y apretar tornillos para cambiar herramienta es lo que normalmente consume mucho tiempo en el cambio de herramentales, y lo que consume más tiempo es que casi todas las herramientas en casi todas las máquinas se aprietan con tornillos”, señala el experto.

Tanto para las líneas de producción en masa como para los talleres que fabrican lotes pequeños, el cambio rápido es igualmente importante. Para una empresa que fabrica siempre el mismo producto, el desgaste de herramientas implicará un cambio, y cuanto más rápido será mejor. A los fabricantes de lotes pequeños les permite la flexibilidad operativa.

Para fortuna de los fabricantes, las tecnologías de sujeción han avanzado en los últimos años, pues para sustituir los tornillos prácticamente todas las marcas ofrecen sistemas de sujeción neumática, hidráulica o magnética que, con un simple botón, permiten soltar las mordazas y sacar la herramienta sin tener que apretar ningún tornillo.

El uso de dispositivos de sujeción de nueva generación favorece la eficiencia en el proceso de fabricación y el aumento de la calidad, pero, para ello, debe ser un dispositivo de diseño simple, seguro, confiable y con un amplio rango de sujeción.

El centrado de herramientas también se ha facilitado mediante topes y guías que hacen que una herramienta solamente se pueda colocar en una posición sin tener que utilizar reglas o gages.

Otro avance importante, según menciona Hernández Lecanda, se desarrolló sobre todo para moldes de zamak o inyección de plástico, que están refrigerados con agua fría y al hacer un cambio requieren, a su vez, reemplazar y conectar las mangueras que están en la máquina para que el agua pueda fluir. La innovación está en los coples rápidos que automáticamente se conectan dentro de la máquina.

También mediante software, ahora las máquinas de control numérico tienen programas almacenados que identifican el tipo de pieza y, de manera automática, buscan el punto cero de la máquina y comienzan a correr el programa de procesamiento.

“Todas estas técnicas sirven para que puedas hacer un cambio de herramental muy rápido, que no se tenga que estar haciendo muestras de prueba para ver si están dentro de especificaciones y tolerancias, sino que se haga un cambio muy rápido y se sepa con toda certeza que los requerimientos de calidad están al 100 %”, comenta el experto en Lean Manufacturing.


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Pieza clave

Manuel Maldonado, ingeniero de Soporte en la región Bajío de SCHUNK, coincide en que las empresas que desarrollan equipos de sujeción se han vuelto claves para la evolución de los cambios rápidos o técnicas SMED en la manufactura. La compañía tiene ese enfoque en todas sus líneas de productos.

“La evolución en maquinado requiere que los tiempos muertos sean reducidos al máximo, con esto permitimos que los clientes puedan trabajar en cuestión de segundos con cambios y con precisión, con una repetibilidad con menos de 5 micras de tolerancia”, explica.

La evolución en maquinado requiere que los tiempos muertos sean reducidos al máximo, con esto permitimos que los clientes puedan trabajar en cuestión de segundos con cambios y con precisión, con una repetibilidad con menos de 5 micras de tolerancia”, señaló Manuel Maldonado, ingeniero de Soporte en la región Bajío de SCHUNK.

También ofrece soluciones para cambios manuales o con sistemas automáticos con robots, y en torneado mediante acciones multitareas que alcanzan a reducir de 10 a 3 minutos los cambios de un proceso a otro.

VERO-S es el sistema modular de cambio rápido de pallets de SCHUNK para el reposicionamiento rápido y preciso de piezas, dispositivos de sujeción y otros equipos en centros de mecanizado de 3, 4 o 5 ejes. Según el fabricante, logra reducir en un 90 % los tiempos de preparación.

Para Röhm, su eslogan lo dice todo: “Cambio en 60 segundos”. Es otro de los fabricantes de dispositivos de sujeción que se ha enfocado en soluciones para favorecer el cambio rápido, y su promesa es que todo lo que toca la pieza de trabajo puede ser intercambiado o ajustado en menos de 60 segundos, de acuerdo con Rodolfo Espeleta, gerente general para México de la compañía.

“El truco es que la parte interna tiene que ser modificada manteniendo la fuerza de sujeción, pero los cambios o las innovaciones en los sistemas de sujeción se presentan en áreas como dureza, acabados, rectificados de precisión, ángulos para mantener la fuerza y que no se salgan las piezas. Muy difícil de lograr, pero a veces son pequeños detalles los que permiten avances grandes”, dice.

Los chucks de la serie DURO son un ejemplo de lo que la tecnología actual permite hacer. El chuck automático DURO-A RC cuenta con un sistema de cambio rápido de mordazas. Su sistema de desbloqueo individual de mordazas permite cambiar, girar o ajustarlas en solo 50 segundos.

Otras facilidades han sido desarrolladas por empresas como BIG Kaiser con productos como Unilock, un sistema de sujeción de punto cero que permite tener un punto de referencia fijo de la máquina, y que se puede mover de un proceso a otro, o de una máquina a otra sin necesidad de desmontar la pieza del dispositivo de trabajo, como explica Heinz Ulb, gerente general de la compañía en México.

Unilock puede reducir hasta 90 % el tiempo de configuración de la máquina, y aumenta la precisión. Se adapta con facilidad a las mesas de las máquinas, pallets, e incluso a la pieza de trabajo. Una perilla con cono ayuda al autocentrado con una repetibilidad de 1 micra, y su mecanismo de bloqueo tipo cuña genera una fuerza de sujeción de casi 6 toneladas.

Pero los cambios rápidos no siempre se requieren por un tema de alta diversidad de piezas, sino que pueden ser simplemente para reducir el setup y, con ello, el tiempo de ciclo, según menciona Arturo Lozano, director de Kitagawa Northtech México.

La marca se ha centrado también en desarrollar opciones para cambio rápido, y la serie BR es una nueva generación de chucks diseñados para esto. Logra una mayor precisión y una repetibilidad de hasta una micra y es capaz de mantener la misma fuerza de sujeción sin importar la fuerza centrífuga que se ejerza. Su sistema de levantamiento es más reducido debido a sus componentes internos, y se pueden usar también para el proceso de acabado.

Finalmente, Antonio Mendoza, director general de Balluff México, toca un tema fundamental que contribuirá a reducir los tiempos de setup, pues si bien es una empresa de sensores, actualmente está trabajando con una compañía de software para desarrollar sistemas de calidad y SMED.

Con colaboraciones con empresas como Vision Consulting y otras, Balluff está trabajando en una aplicación para que, con el módulo de IO-Link, se puedan conocer fallas en tiempo real en el celular o en la computadora, y acumular datos para subirlos a la nube y entrar en la Industria 4.0.

“Se trata de obtener información sobre vibraciones u otras señales para realizar un autodiagnóstico. La idea es dar más datos de mayor calidad que permitan realizar las tareas de manera más rápida y con más precisión”, detalla.

La tecnología para la reducción de tiempos de setup no para y, al menos en los últimos cinco años, los fabricantes de máquinas herramienta y los de sistemas de sujeción han comenzado a trabajar cada vez más en colaboración para ofrecer soluciones completas a sus clientes, porque es un mandato del mercado: se requieren cambios rápidos porque la gente quiere productos diferenciados cada vez más.

El futuro de estas soluciones lo describe Roberto Hernández: “Las máquinas herramienta cada vez más van a ser diseñadas para facilitar el cambio rápido de herramentales, en cuanto a disponibilidad de programas, capacidad de mover alturas, profundidades de corte, etcétera. Y cada vez más las máquinas van a tener todos estos fixtures que se necesitan para hacer cambios rápidos, que a lo mejor se lo surte un tercero a la fábrica de máquinas herramienta”. 


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