Soluciones de Automatización de Alta Velocidad

Un fabricante alemán de contactores enfrentó el desafío de aumentar su producción de 600 a 2,000 unidades por hora sin espacio adicional en planta y encontró la solución invirtiendo en la línea de automatización de alta velocidad. Esta línea de producción incluye ensamblaje, calibración, pruebas y marcado en un proceso continuo y sincronizado con tiempos de ciclo medidos en segundos. Consiste en una mesa indexadora rotativa, máquinas pick-and-place guiadas por visión, estaciones automáticas de atornillado, así como estaciones de prueba 100% eléctricas bajo control central de un programador PLC y MES. El período de recuperación fue de 20 meses, con defectos por debajo del 0.1 por ciento. La automatización de alta velocidad aquí significa producción más rápida, pero además, también se trata de precisión, repetibilidad y documentación de los procesos de producción que no pueden lograrse con procesos intensivos en mano de obra. Todos los fabricantes deberían obtener información sobre qué tecnologías de automatización de alta velocidad pueden acceder, los productores existentes y el precio para implementar dichas tecnologías.

Qué define la automatización de alta velocidad

Automatización de alta velocidad no es solo una versión más rápida de la automatización convencional. Es una idea de diseño donde cada parte del sistema de producción — el manejo de maquinaria, la ejecución del proceso, la recopilación de información y la inspección de calidad — se desarrolla con el objetivo de minimizar el tiempo de ciclo de la estación más lenta. En la automatización de alta velocidad, los tiempos takt normalmente son inferiores a cinco segundos, y en algunas industrias, como el llenado farmacéutico y el ensamblaje de dispositivos electrónicos, son inferiores a un segundo. Alcanzar tales velocidades no solo depende de actuadores rápidos, sino que requiere la integración completa de mecánica, electrónica y control; eliminar la posibilidad de intervención manual y toma de decisiones en cualquier etapa de la producción; usar sistemas de visión de alta velocidad y procesamiento de datos para examinar cada artículo sin crear cuellos de botella.

Al realizar este nivel de inversión, cualquier fabricante debe tener en cuenta varios factores, incluyendo el rendimiento requerido, las características físicas del producto (como peso, tamaño, fragilidad), la precisión y repetibilidad necesarias, las restricciones legales y el ciclo de vida del producto. Si una línea de producción debe fabricar un producto estable durante varios años, sería apropiado optar por un diseño de automatización fija. Si la línea de producción debe cambiarse con frecuencia, es importante usar un tipo de automatización que permita cambios rápidos en las recetas del producto, es decir, automatización programable o flexible. Nuestra visión general de qué es la automatización proporciona el marco fundamental para entender estos diferentes niveles.

Automatización de alta velocidad en industrias clave

Dispositivos de protección eléctrica (interruptores automáticos magnetotérmicos, interruptores automáticos de caja moldeada, contactores)

La industria de fabricación eléctrica está mucho más avanzada debido a la utilización de automatización de alta velocidad, que hace que la línea de producción fabrique pequeños interruptores automáticos y relés electromecánicos cada dos a cuatro segundos. Y el aspecto más crucial es que los datos recopilados para dicho proceso de producción se registran digitalmente. Aunque la calibración y las pruebas son obligatorias para cada dispositivo de protección, se convierten en el cuello de botella del proceso manual si no se automatizan. La inyección de corriente de alta velocidad, la medición en tiempo real del tiempo de disparo, así como el ajuste de calibración motorizado eliminan el cuello de botella de la cadena y permiten asegurar que cada dispositivo liberado cumpla con la curva tiempo-corriente especificada. Un Línea de montaje automática MCB integra la alimentación, el ensamblaje, la calibración, las pruebas y el marcado en una única secuencia de alta velocidad, produciendo un interruptor totalmente certificado en segundos. Para los fabricantes de contactores, el AC contactor automatic assembly and testing production line maneja el proceso completo desde la soldadura de contactos hasta la prueba eléctrica final. Estos sistemas ofrecen el rendimiento que hace que la certificación IEC y UL sea económicamente viable a volúmenes globales.

Automoción y vehículos eléctricos

El sector automotriz ha sido durante mucho tiempo considerado un líder en el ámbito de la fabricación de alta velocidad. Por ejemplo, las líneas actuales de soldadura de carrocerías pueden completar entre 60 y 90 trabajos de soldadura por hora, mientras que las líneas de ensamblaje de motores han alcanzado velocidades de 30 a 60 segundos entre motores. En los últimos años, los avances tecnológicos han introducido varios procesos de alta velocidad al hablar de coches eléctricos, como el proceso hairpin para el bobinado del estator en motores eléctricos, la soldadura de módulos de baterías y el ensamblaje de los conectores de alta tensión en motores eléctricos. FANUC y KUKA son algunos de los líderes en la fabricación de robots para la fabricación de alta velocidad.

Dispositivos médicos y productos farmacéuticos

En el sector médico, la regulación juega un papel clave en la definición de la automatización de alta velocidad junto con la velocidad misma. Un sistema que llena jeringas automáticamente a una velocidad de 400 unidades por minuto debe tener en cuenta la necesidad de esterilidad, controles de peso en todos los casos y el registro del volumen en el historial del dispositivo. La alta velocidad y la validación y trazabilidad completas van de la mano en el proceso de ensamblaje de inhaladores, empaquetado de kits de diagnóstico y producción de hilos quirúrgicos. Integradores como Automatización ATS se especializan en esta exigente intersección de velocidad y cumplimiento.

Procesamiento de alimentos y bebidas

En la industria de alimentos y bebidas, las líneas de embotellado, tapado y etiquetado de alta velocidad trabajan con cientos o miles de botellas por minuto, donde los sistemas de visión aseguran los niveles de llenado adecuados, las tapas de las botellas y las etiquetas. También existen requisitos para la limpieza en sitio (CIP) y el cambio rápido de SKU de producto. Los principales desafíos de la automatización incluyen el manejo mecánico, la limpieza y la alta velocidad de operación del equipo de envasado suministrado por empresas como Krones y Tetra Pak.

Electrónica de consumo

El proceso de fabricación de smartphones, dispositivos portátiles y pequeños electrónicos sigue un proceso complejo que implica ensamblar cientos de componentes. Los componentes incluirán pernos, conectores y circuitos flexibles, y el proceso de ensamblaje dependerá del uso de robots que colocarán los componentes con precisión a nivel de micrómetros, tecnología de soldadura láser e inspección óptica. El ensamblaje toma solo segundos, y las líneas de ensamblaje pueden adaptarse rápidamente a los cambios en los modelos de productos.

Automatizado vs. Manual: La división entre velocidad y calidad

Al comparar una línea de producción convencional con un equivalente altamente mecanizado, es importante recordar que la alta productividad no se trata solo de la capacidad en términos de unidades producidas por hora. Lo que realmente distingue a los dos tipos de procesos de producción es el nivel de consistencia en el trabajo, la calidad de la documentación, así como el cumplimiento de los requisitos de los estándares de calidad establecidos por los mercados de exportación correspondientes. La tabla proporciona un resumen de la comparación según los criterios importantes para cualquier gerente de producción o especialista en compras.

¿Cuánto cuesta un sistema de automatización de alta velocidad?

La inversión de capital para automatización de alta velocidad varía ampliamente dependiendo de la complejidad del producto, el rendimiento requerido y el nivel de integración. La tabla a continuación proporciona rangos indicativos de presupuesto para líneas automatizadas llave en mano, excluyendo la infraestructura del edificio y el costo de las herramientas específicas del producto.

El retorno de la inversión en una línea de producción de alta velocidad completamente definida suele situarse entre 12 y 24 meses, teniendo en cuenta el ahorro de mano de obra, el aumento del volumen de carga y la reducción de desperdicios y gastos por garantías. Si el productor demuestra que la línea automática produce bienes con un gasto menor en producción y tasas de calidad superiores a las de los trabajadores humanos, entonces este proyecto puede financiarse fácilmente y su ROI puede calcularse sin dificultad. Diferentes organizaciones de investigación, como McKinsey & Company y Deloitte, han demostrado que la automatización de alta velocidad, implementada en los procesos adecuados, es una de las oportunidades de inversión más rentables y efectivas para los productores.

Selección del socio adecuado para la automatización de alta velocidad

Elegir un proveedor de soluciones de automatización de alta velocidad es una decisión estratégica que su planta mantendrá durante al menos una década. Puede utilizar los siguientes criterios para encontrar un socio confiable:

• Experiencia específica en su categoría de producto. Una empresa que haya instalado líneas rápidas de calibración y prueba para interruptores automáticos tiene conocimiento sobre los requisitos para pruebas eléctricas, los problemas relacionados con el manejo de contactos y los criterios para la certificación. Si una empresa carece de este conocimiento, le tomará tiempo y recursos adquirirlo.
• Capacidad interna de ingeniería y construcción. El socio debe supervisar la construcción mecánica, la ingeniería eléctrica, la ingeniería de control y la creación de software bajo un mismo techo. Dividir campos vitales genera el riesgo de incompatibilidad entre diferentes áreas.
• Garantías demostradas de tiempo de ciclo y rendimiento. Se espera que un integrador respetado establezca un tiempo takt y un rendimiento de primera pasada en los requisitos de aceptación, con soluciones en caso de que no se cumplan durante la prueba de aceptación en fábrica (FAT).
• Soporte post-instalación y repuestos. Una operación que funciona 24 horas al día, 7 días a la semana, requiere asistencia técnica en pocas horas y también necesita repuestos vitales. La infraestructura de servicio es casi tan crucial como la competencia del socio en ingeniería.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los 4 tipos de sistemas de automatización?

Existen cuatro tipos de automatización: uno es la automatización fija o dura, diseñada para producir un solo tipo de artículo a gran escala; el segundo tipo es la automatización programable, utilizada en producción por lotes; el tercer tipo es la automatización flexible o blanda, aplicada en líneas de producción mixtas; y finalmente, la automatización integrada, que implica que la producción sea llevada a cabo por computadoras y que los datos se utilicen en todos los procesos. La automatización de alta velocidad puede usarse en ambos sistemas mencionados anteriormente.

¿Quién es la mayor empresa de automatización del mundo?

Siemens es la empresa más grande en la industria de automatización industrial en términos de ingresos e influencia global, ocupando la primera posición por delante de ABB, Rockwell Automation y Schneider Electric. Las empresas mencionadas fabrican los PLC, variadores y sistemas de control que componen la mayoría de las fábricas automatizadas existentes en la actualidad.

¿Cuáles son las 10 principales herramientas de automatización?

Las herramientas comunes de automatización que se utilizan ampliamente en la fabricación contemporánea consisten en PLCs, robots industriales, visión artificial, robots colaborativos (también conocidos como cobots), robots móviles autónomos (abreviados como AMRs), software MES, plataformas de simulación de gemelos digitales, soluciones de mantenimiento predictivo impulsadas por IA, redes de sensores IIoT y sistemas de adquisición rápida de datos.

¿Cuál es la principal empresa de automatización en los EE. UU.?

Rockwell Automation Con sede en Milwaukee, Wisconsin, Rockwell Automation es la mayor empresa de automatización industrial pura en los Estados Unidos. Su familia de PLC Allen-Bradley y la oferta FactoryTalk se implementan en plantas de América del Norte y el resto del mundo.

Referencias

• McKinsey & Company — El futuro de la fabricación y la automatización. Investigación sobre la productividad y el ROI de la automatización de alta velocidad en diversas industrias.
• Deloitte — Fabricación Digital e Industria 4.0. Perspectivas sobre el retorno de la inversión y la ventaja competitiva de la producción automatizada.
• FANUC Corporation — Robótica de alta velocidad y automatización de fábricas. Fabricante global líder de robots industriales y sistemas CNC.
• ATS Automation — Sistemas de ensamblaje y prueba de alta velocidad. Integrador global de sistemas de fabricación automatizados para ciencias de la vida, farmacéuticos y bienes de consumo.

Soluciones de automatización de alta velocidad convierten un proceso que depende de la velocidad, atención y consistencia humana en uno que depende de la precisión, repetibilidad y registro de datos de una máquina. Para el fabricante eléctrico, el proveedor automotriz y el productor de dispositivos médicos, invertir en una línea que cicla en segundos en lugar de minutos es la diferencia entre competir por precio en un mercado local y competir por calidad y volumen en uno global. Benlong Automation construye líneas de ensamblaje y prueba de alta velocidad para el sector de fabricación eléctrica, porque un interruptor automático que debe dispararse de manera confiable mil veces debe ser construido con la velocidad y precisión que solo un proceso automatizado y verificado puede ofrecer.