Estrategias de automatización para fabricantes de alta mezcla y bajo volumen

Si se dedica a la fabricación de alta mezcla y bajo volumen (high-mix, low-volume, HMLV), probablemente esté habituado a la sensación estar al margen de la revolución de automatización. Es comprensible observar a las empresas automotrices o de electrónica de consumo, con sus ciclos de producción altamente estandarizados, y pensar: “Claro, la automatización funciona muy bien para ellas, pero mi negocio cambia todos los días”.

Comprendemos la magnitud del desafío. Cuando el lote de producción típico es de solo 50 o 100 unidades antes de cambiar a un producto totalmente diferente, las estrategias de automatización tradicionales a menudo parecen poco prácticas. Las matemáticas simplemente no cuadran cuando se tiene en cuenta el tiempo de programación, la complejidad del cambio y la experiencia especializada necesaria.

Sin embargo, el panorama ha cambiado. El campo de la automatización está experimentando una transformación notoria. Ahora, las nuevas tecnologías y estrategias que simplifican la implementación y operación hacen que la automatización no solo sea factible, sino realmente ventajosa para los fabricantes de HMLV. Exploremos cómo puede aplicar estas estrategias a su negocio.

La fabricación de alta mezcla y bajo volumen (HMLV) presenta un conjunto único de desafíos:

• Cambios frecuentes que consumen tiempo de producción
• Requisitos complejos de manejo de piezas de productos diversos
• Dificultad para justificar los costos de la automatización para corridas de lotes pequeños
• Conocimientos especializados del operador que son difíciles de replicar
• Espacio limitado en el piso de planta que es necesario adaptar para varios procesos 

Estos desafíos se manifiestan de manera diferente, según el sector industrial. En la fabricación de dispositivos médicos, las empresas pueden producir docenas de instrumentos quirúrgicos diferentes en lotes pequeños, cada uno de los cuales requiere un control de calidad preciso. Los fabricantes aeroespaciales manejan componentes complejos en los que cada pieza puede tener cientos de puntos de inspección y que, sin embargo, se producen en cantidades inferiores a 100 por año. Las empresas automotrices de lujo deben mantener una calidad artesanal, al tiempo que incorporan cada vez más opciones de personalización. Los fabricantes de productos electrónicos de consumo se enfrentan a ciclos cada vez más cortos de productos con numerosas variaciones de modelos.

Tradicionalmente, estos escenarios diversos han hecho que las empresas de HMLV dependan en gran medida de mano de obra manual: trabajadores calificados que pueden adaptarse rápidamente a diferentes productos y procesos. Sin embargo, ante la escasez de mano de obra, el aumento de los costos y las mayores demandas de calidad, ese modelo se está volviendo menos sustentable.

Afortunadamente, ahora las soluciones de automatización avanzadas son lo suficientemente flexibles como para adaptarse a las realidades de la producción, en lugar de forzar la adaptación a ellas. 

Los fabricantes de HMLV más exitosos actuales están adoptando una estrategia de automatización diferente de la que siguen sus contrapartes de alto volumen. En lugar de enfocarse en maximizar la velocidad de un solo proceso, priorizan la flexibilidad, los cambios rápidos y los sistemas que pueden aprender y adaptarse. 

El corazón de la automatización flexible es la capacidad de reconocer y adaptarse a diferentes piezas sin una reprogramación prolongada. Aquí es donde los sistemas de visión avanzados están transformando lo que es posible en la fabricación de HMLV.

Los sistemas de visión modernos pueden aprender rápidamente a reconocer piezas nuevas y guiar robots o procesos de inspección en consecuencia. En lugar de dedicar horas a programar coordenadas y parámetros exactos para cada producto nuevo, estos sistemas pueden identificar piezas con base en sus características clave y adaptarse sobre la marcha.

Considere estas aplicaciones industriales específicas:

• Dispositivos médicos: Un fabricante de implantes ortopédicos utiliza sistemas de visión para inspeccionar sutiles variaciones superficiales en docenas de tamaños y configuraciones de implantes diferentes. El sistema ajusta automáticamente los parámetros de inspección de cada variante, manteniendo estándares de calidad uniformes, y adaptando a la vez la alta mezcla de productos.
• Sector aeroespacial: Un proveedor de componentes de precisión para aeronaves comerciales emplea robótica guiada por visión para manejar las geometrías complejas de las diferentes piezas de una turbina. El sistema de visión identifica piezas específicas y dirige el sistema de manejo robótico para ajustar en consecuencia su agarre y posicionamiento, lo que permite lograr una automatización flexible a pesar de los bajos volúmenes de producción.
• Sector automotriz de lujo: Un fabricante de vehículos de alta gama utiliza sistemas de visión para verificar la colocación correcta de docenas de opciones de molduras interiores diferentes. El sistema reconoce qué configuración específica se está ensamblando y comprueba que se hayan instalado los componentes correctos, lo que permite el control de calidad en innumerables combinaciones.
• Electrónica de consumo: Un fabricante por contrato que implementa una línea de producción de dispositivos domésticos inteligentes recurre a la orientación visual para administrar cambios frecuentes de producto. El sistema identifica cuál variante de modelo se aproxima en la línea y ajusta automáticamente los parámetros de ensamblaje, lo que permite que la misma línea de producción maneje diversas versiones del producto con tiempos de inactividad mínimos.

La tecnología de visión de Cognex es particularmente valiosa en estos entornos porque combina potentes capacidades de reconocimiento de patrones, con interfaces fáciles de usar que no requieren programación o amplia experiencia para funcionar. Esto significa que su personal puede enseñar rápidamente al sistema lo necesario sobre nuevos productos, reduciendo drásticamente los tiempos de cambio. 

Otra tecnología clave para los entornos de HMLV es el robot colaborativo (o cobot). A diferencia de los robots industriales tradicionales, que requieren una amplia protección de seguridad y celdas de trabajo dedicadas, los cobots están diseñados para trabajar de manera segura junto con operadores humanos.

Esta estrategia colaborativa ofrece varios beneficios a los fabricantes de HMLV:

• Implementación flexible: Los cobots pueden moverse entre diferentes estaciones de trabajo según sea necesario, lo que permite aplicar la automatización día a día donde genera el mayor valor.
• Programación simplificada: La mayoría de los cobots cuentan con interfaces de programación intuitivas que permiten a los operadores enseñarles nuevas tareas mediante demostración.
• Automatización gradual: Es posible automatizar las partes repetitivas o ergonómicamente desafiantes de las tareas, mientras las habilidades humanas se reservan para los aspectos más complejos. 

Cuando se combinan con sistemas de visión, los cobots son aún más poderosos. El sistema de visión puede manejar la variable “¿dónde está la pieza?”, mientras el cobot resuelve la acción repetitiva “qué hacer con ella”. 

En operaciones de HMLV, el tiempo de cambio de herramientas puede ser un obstáculo mayor para una producción eficiente. Los fabricantes inteligentes están implementando sistemas de cambio rápido que permiten hacer una reconfiguración rápida:

• Sistemas magnéticos de sujeción de piezas que se pueden reconfigurar en minutos
• Plantillas industriales y accesorios impresos en 3D, diseñados para corridas de lotes pequeños específicos
• Sistemas guiados por visión que pueden identificar y adaptarse a las variaciones de las piezas sin cambios físicos de herramientas

Estas estrategias reducen al mínimo los aspectos físicos de los cambios, lo que permite hacer transiciones más rápidas entre corridas de producción. 

¿Cómo pueden los fabricantes implementar eficazmente estas tecnologías en un entorno de HMLV sin interrumpir las operaciones actuales? Considere esta estrategia pragmática:

Comience con los cuellos de botella
Apunte a las áreas donde se pierde más tiempo productivo. La inspección de calidad suele ser ideal para entornos de HMLV: los sistemas de visión pueden verificar de manera uniforme diversos productos con una reprogramación mínima, lo que produce un retorno de la inversión inmediato al detectar problemas antes.

Enfóquese en familias de piezas
La mayoría de los fabricantes tienen “familias” de piezas similares con características compartidas. En el caso de los dispositivos médicos, estos podrían ser catéteres que difieren en tamaño pero comparten características. En el sector aeroespacial, considere los componentes de una carcasa con geometrías variables pero puntos de montaje similares. La automatización guiada por visión para familias de piezas ofrece ventajas de escala incluso en escenarios de alta mezcla.

Realice mejoras graduales
No intente automatizar todo a la vez. Comience con un solo proceso, ponga a prueba el concepto, y luego expándalo. Esto genera confianza en el personal y produce beneficios tangibles de inmediato.

Invierta en infraestructura flexible
A medida que implemente la automatización, piense en crear una infraestructura flexible que evolucione junto con sus necesidades. Esto podría incluir:

• Creación de redes en la planta que permiten que las máquinas y los sistemas compartan datos
• Plataformas de control en común que faciliten la conexión de diferentes sistemas
• Estaciones de trabajo modulares que se puedan reconfigurar como sea necesario
• Sistemas de visión con potencia de procesamiento para manejar diversas aplicaciones

El retorno de esta inversión es particularmente claro en las aplicaciones de control de calidad. Por ejemplo, los fabricantes de dispositivos médicos pueden aprovechar una plataforma de visión en común para administrar la inspección de líneas de productos, desde simples catéteres hasta dispositivos implantables complejos. Las empresas aeroespaciales pueden utilizar la misma infraestructura de visión para validar tanto los materiales entrantes, como los conjuntos finales.  Los productores de electrónica de consumo pueden usar tecnología de visión para asegurar la uniformidad de varias generaciones de productos.

Cognex ofrece sistemas de visión que respaldan esta estrategia al ofrecer soluciones expansibles que pueden comenzar con una aplicación sencilla y expandirse para satisfacer necesidades más complejas con el tiempo.

No pase por alto la recopilación y el análisis de datos
Un beneficio a menudo ignorado de la automatización en entornos de HMLV es la mejora de la recopilación de datos. Incluso si un proceso no está totalmente automatizado, agregar sensores y sistemas de visión puede generar información valiosa sobre su negocio.

Estos datos ayudan a identificar otras oportunidades de optimización y pueden guiar sus futuras inversiones en automatización. Los sistemas de visión son particularmente poderosos aquí, ya que pueden recopilar datos basados en imágenes que pueden revelar información útil sobre la calidad de las piezas, la uniformidad del proceso y la eficiencia de la producción en su diversa combinación de productos.

¿Listo para entrar en acción? La creación de una estrategia de automatización satisfactoria para la fabricación de gran mezcla y bajo volumen, no tiene que ser abrumadora. Comience con esta estrategia sencilla:

1. Evaluación rápida: Documente los principales puntos débiles del cambio y los desafíos de calidad
2. Direccionamiento inteligente: Elija un área donde la automatización flexible genere el máximo beneficio con interrupción mínima
3. Pruebas piloto limitadas: Implemente un proyecto enfocado que demuestre el concepto y genere confianza en el equipo
4. Mida los resultados: Haga un seguimiento de los beneficios evidentes (como el rendimiento) y las ganancias ocultas (como la uniformidad)
5. Aproveche sus éxitos: Aplique lo aprendido en la próxima oportunidad

Por lo general, los fabricantes de dispositivos médicos comienzan por implementar la automatización de la inspección final antes de expandirse para abarcar las partes precedentes del proceso. Las compañías aeroespaciales suelen comenzar con la identificación de piezas antes de abordar la verificación del ensamblaje. Por lo general, las armadoras automotrices de lujo comienzan por la automatización del subensamblaje. Los fabricantes de electrónica de consumo suelen comenzar con la inspección automatizada de tarjetas electrónicas.

Recuerde, el objetivo no es reemplazar al personal, sino optimizar sus contribuciones. En las operaciones de HMLV (High Mix Low Volume, alta variedad, bajo volumen) exitosos, la automatización se encarga de las tareas repetitivas y de precisión, mientras que los humanos resuelven excepciones, toman decisiones críticas e impulsan la mejora continua.

Con sistemas de visión que proporcionan la inteligencia y la adaptabilidad que estos entornos requieren, incluso las operaciones de producción más diversas pueden lograr flexibilidad y eficiencia. La revolución de la automatización ya no es tan solo para productores de alto volumen, en este momento puede mejorar su operación de alta mezcla y bajo volumen.