Ventajas y desventajas de fábricas automatizadas de pequeña escala frente a fábricas automatizadas de gran escala

En el año 2023, cuando una empresa de fabricación eléctrica de tamaño mediano ubicada en Gujarat decidió invertir en una línea de ensamblaje de MCB completamente automatizada, la dirección estaba convencida de que no tenían otra opción más que hacerlo: o volverse tan automatizados como sus competidores mundiales para sobrevivir como una empresa capaz de exportar sus productos o renunciar a los contratos de exportación que ayudaron a mantener la fábrica en funcionamiento. En menos de seis meses, la línea de ensamblaje fue instalada, comenzó a funcionar y el volumen de producción aumentó tres veces, mientras que la tasa de defectos cayó a menos de 0.1%. La inversión en la línea, medida en millones de dólares, se suponía que se recuperaría en tres años, siempre que hubiera suficientes pedidos para cumplir. Seis meses después del lanzamiento de la línea de ensamblaje, el cliente clave de la empresa redujo su volumen de pedidos en un cuarenta por ciento. La línea automatizada, diseñada para un cierto nivel de producción, estaba operando ahora a poco más de la mitad de su potencial. Los ahorros laborales fueron significativos y significativos, pero el costo fijo de la maquinaria, que incluía depreciación, mantenimiento y adquisición de piezas de repuesto, no disminuyó junto con el volumen de producción. El productor había aprendido la verdad que distingue la automatización a pequeña escala de la automatización a gran escala: las fábricas significativas pueden distribuir un gran costo fijo entre un vasto volumen de producción; las pequeñas fábricas no pueden hacer lo mismo. Tomar la decisión sobre la automatización no se trata de hacer la mejor elección tecnológica. Se trata más bien de igualar el tamaño de la inversión con la cantidad de demanda, la flexibilidad del equipo y los costos de automatización.

Resumen: La principal compensación entre la planta automatizada pequeña y la planta automatizada grande es la flexibilidad frente al costo por unidad. Una planta a gran escala realiza una inversión fija significativa en automatización de alta velocidad y de un solo propósito para producir un producto o una gama estrecha de productos con costos mínimos por unidad, siempre que el volumen sea suficientemente grande y el diseño del producto sea lo suficientemente estable como para recuperar la inversión. Las ventajas de este enfoque son un rendimiento excepcional y un costo por unidad bajo. El lado negativo es la baja flexibilidad: el producto no se puede cambiar fácilmente a otro producto, el volumen disminuye, etc.
Una planta automatizada pequeña, por otro lado, probablemente invertirá en celdas flexibles, programables o semi-automatizadas para poder producir varios productos, diferentes volúmenes y responder a los cambios en la demanda, mientras incurre en un costo por unidad más alto y requiere más mano de obra que las plantas de alto volumen completamente automatizadas.

Definiendo la Automatización a Pequeña Escala y a Gran Escala: Lo que Realmente Significan los Términos

Antes de comparar los pros y los contras, necesitas explicar la terminología: los términos “pequeño” y “grande” en el contexto de fábricas automatizadas no se refieren al tamaño en términos de metros cuadrados. Se refieren al rendimiento de la automatización, la flexibilidad y el requerimiento de capital. Una fábrica automatizada grande es aquella que utiliza automatización fija (dura) — es decir, utiliza líneas de producción dedicadas y de un solo propósito que producen un único artículo o una familia de artículos a una velocidad considerable y en grandes cantidades. Ejemplos de automatización a gran escala incluyen la línea de ensamblaje de motores automotrices, la línea de llenado de bebidas y la línea de calibración y prueba de contadores. El factor clave es que la línea está diseñada para realizar solo una operación, y lo hace de manera muy eficiente, pero no puedes cambiarla una vez que está construida. El costo de capital es alto, pero el costo de producción (por unidad), cuando la línea está funcionando a plena capacidad, es muy bajo.

En el extremo opuesto del espectro se encuentra una fábrica automatizada más pequeña. En esta circunstancia, se utiliza automatización programable o flexible, donde los sistemas y estaciones están programados para producir varios productos con tamaños de lote más pequeños. Una máquina CNC que cambia los números de parte de acuerdo con el programa de control, un banco de calibración semi-automático donde el operador coloca diferentes tipos de interruptores automáticos para calibración y una unidad de producción robótica que puede moverse entre diferentes estaciones son algunos de los ejemplos de pequeña automatización. En comparación con las instalaciones de producción en masa, una fábrica automatizada más pequeña requiere menos capital y su costo por producto es más alto que el asociado con la producción en masa, mientras que disminuye el volumen de producción de la instalación, pero, al mismo tiempo, proporciona oportunidades para que una organización se adapte a la demanda proveniente del cambio de productos producidos y los impactos negativos derivados de la introducción de nuevos productos. Para una comprensión fundamental de las diferentes arquitecturas de automatización y cómo se ajustan a diferentes entornos de producción, nuestra guía sobre qué es la automatización proporciona el contexto más amplio.

Las Ventajas de una Fábrica Automatizada a Gran Escala

Algunos beneficios medibles sustentan el caso comercial para la automatización a gran escala: uno de los beneficios clave es el rendimiento. Una línea automatizada opera de acuerdo con sus especificaciones las 24 horas, ya que no tiene fatiga, variación o necesidad de capacitar al personal. Nuevos tipos especiales de línea de calibración e inspección de MCB que produce Benlong Automation son capaces de producir interruptores calibrados, probados y certificados cada dos a cuatro segundos. Tal rendimiento no puede ser alcanzado con ningún proceso operado por humanos o semi-automatizado. Además, la previsibilidad del rendimiento permite al fabricante planificar la producción y la entrega.

La siguiente ventaja clave está asociada con el bajo costo variable. Esto incluye cuestiones como los costos de depreciación, costos de mantenimiento y costos de ingeniería de la máquina, que se dividen entre numerosos productos. Los costos variables incluyen mano de obra directa, consumibles y gastos de energía, que, especialmente al compararlos con la producción manual, son realmente bajos. Según la investigación de McKinsey & Company, la automatización a gran escala resulta en una disminución del precio por unidad del 30-60% en comparación con la producción manual, dado que la línea se utiliza a su máxima capacidad. La siguiente ventaja de la automatización es la consistencia y calidad. Una máquina automatizada produce el mismo resultado de alta calidad cada vez. En el caso de una línea completamente automatizada, todos los parámetros técnicos se registran, desde la configuración de cada interruptor hasta los resultados de las pruebas del producto, así como los documentos de certificación que se han creado automáticamente.

Las Desventajas de una Fábrica Automatizada a Gran Escala

Los inconvenientes de la automatización a gran escala pueden verse como el reverso de sus beneficios, y esos inconvenientes pueden ser significativos, especialmente cuando las circunstancias que justifican su uso cambian. Una de las principales desventajas es la falta de flexibilidad. Una línea automatizada está diseñada para un solo propósito: para un producto específico, para una tasa de producción determinada y para ciertas operaciones. En caso de cualquier modificación al producto —una nueva configuración de pines, un nuevo estándar de referencia o un nuevo requisito de marcado— la línea debe ser rediseñada. Las herramientas, fijaciones, programación del sistema de visión y lógica de control deben ser cambiadas, y los costos involucrados en eso pueden ser extremadamente altos. En caso de descontinuación del producto, la línea prácticamente no tiene valor de rescate: fue construida para este único propósito y nada más.

La otra desventaja es la sensibilidad al volumen. Una línea de producción automatizada grande implica altos costos fijos. Los costos fijos incluyen depreciación, operaciones de mantenimiento, requisitos de espacio y soporte de ingeniería. Estos costos no cambian entre un millón de unidades producidas y cien mil unidades producidas. A medida que la tasa de volumen disminuye debido a la caída en la situación del mercado, un contrato perdido o una interrupción en la cadena de suministro, el costo fijo permanece sin cambios, lo que lleva a un aumento en el costo por unidad. Esto significa que una línea con una tasa de utilización del 90%, que estaba funcionando bien, puede fallar a una tasa del 50%. Esto es lo que sucedió con el productor eléctrico en Gujarat y sirve como evidencia de que tal automatización funciona mejor con productos que tienen una demanda estable a largo plazo. La tercera desventaja es la complejidad del mantenimiento. Las grandes líneas automatizadas requieren un grupo de ingenieros y técnicos que tengan suficiente conocimiento de dispositivos tan complicados como PLCs, sistemas de accionamiento servo, sistemas de visión y sistemas de arquitectura de datos. Una vez que los sensores fallan, o la calibración del equipo robótico se viola, o hay algunos problemas con el software, la línea de producción estará inactiva hasta que se resuelva el problema.

Las Ventajas de una Fábrica de Pequeña Escala o Semi-Automatizada

Automatización de pequeña escala Las celdas programables, el equipo semi-automatizado y los sistemas robóticos flexibles no significan comprometerse en el camino hacia la escala: es un enfoque reflexivo que enfatiza la flexibilidad, minimiza los riesgos financieros y acelera el tiempo para obtener valor. Además, la flexibilidad es el beneficio clave. Por ejemplo, un banco de calibración semi-automatizado puede ser reprogramado para nuevos interruptores en unos pocos minutos utilizando una selección del menú de recetas en la interfaz hombre-máquina (HMI). Además, una celda de robot colaborativo puede ser reubicada del taller de ensamblaje al área de empaque en varias horas. El equipo no está asignado a un proceso de producción particular y puede ser utilizado en diferentes operaciones de producción a medida que cambian las producciones. Tal flexibilidad es extremadamente útil para los fabricantes que manejan diferentes series de producción en pequeños lotes, como los fabricantes de equipos eléctricos que producen diez tipos de marcos de MCCB o interruptores de CA y CC en el mismo sitio.

La segunda ventaja es menor inversión de capital y menor riesgo. Una estación semi-automatizada — como la de Benlong banco de calibración térmica semiautomático — cuesta una fracción de lo que cuesta una línea completamente integrada. Se recupera más rápido, y si el producto cambia o el volumen disminuye, la inversión no queda estancada. El fabricante puede comenzar con una sola estación semi-automatizada en el paso del proceso crítico de calidad, demostrar el retorno y agregar estaciones adicionales a medida que el volumen y la confianza crecen. Este enfoque por fases reduce el riesgo financiero y permite a la organización construir su competencia en automatización de manera incremental, en lugar de arriesgar el negocio en un solo gran proyecto. La tercera ventaja es facilidad de implementación y mantenimiento. Una estación semi‑automatizada es más simple que una línea completamente integrada, y puede ser mantenida por el equipo de mantenimiento existente de la fábrica con una capacitación adicional mínima. El operador que carga y descarga la estación también puede realizar las inspecciones diarias y la solución de problemas básica, porque la máquina está diseñada para ese nivel de interacción del usuario. Benlong Automation diseña su equipo semi‑automatizado con este principio en mente: el HMI está construido para el operador que opera la estación todos los días, no para el ingeniero que la comisionó.

Las desventajas de una fábrica automatizada a pequeña escala

Automatización de pequeña escala tiene sus propias limitaciones y entender esas limitaciones es vital para hacer una inversión informada. La principal desventaja es que tiene un costo por pieza más alto que un sistema completamente automatizado que está funcionando a su máxima capacidad. Un banco de calibración semi-automatizado aún necesita un operador para cargar y descargar el interruptor automático y el costo del tiempo que pasa el operador se suma a cada unidad producida. El rendimiento está limitado no solo por el tiempo de ciclo de la máquina, sino también por la productividad y resistencia del operador. Una línea completamente automatizada que produce un interruptor cada tres segundos a un bajo costo laboral, cuando se han contratado dos operadores para llevar a cabo toda la tarea, es demasiado competitiva para una celda semi-automatizada siempre que la capacidad de producción justifique el gasto.

La segunda desventaja es que la calidad y los datos están solo parcialmente automatizados. Un banco de calibración semi-automatizado se utiliza para realizar la calibración y prueba del interruptor, y para registrar los datos de calibración. Pero aunque la operación es semi-automatizada, el operador que carga el interruptor tiene que determinar la clasificación correcta del interruptor, asegurarse de que se utilizó la receta correcta, y encargarse del manejo del interruptor desde la calibración hasta el siguiente paso después de que ha sido calibrado. Cada paso introduce así una posibilidad de errores que se pueden evitar con una tecnología de manejo completamente automatizada.

Los datos de calibración se generan, pero el seguimiento del interruptor desde la fábrica comienza a ser limitado porque depende de la calidad del sistema de datos que vincula las estaciones parcialmente automatizadas. Si no hay conexión de red entre las estaciones o si no hay integración con un MES centralizado, entonces el seguimiento será fragmentado. La tercera desventaja es que una serie de estaciones semi-automatizadas no crea ni una serie de estaciones compatibles ni una línea de producción automatizada. El sistema de transporte que conecta las estaciones es manual y es el punto débil del sistema. Incluso si el proceso de producción está automatizado en todos los niveles, el éxito de este esfuerzo depende del sistema de transporte. Este es el punto natural en el que un fabricante que comenzó con estaciones semi‑automatizadas comienza a considerar integrarlas en una línea completamente automatizada — y la gama de productos de Benlong Automation está diseñada para apoyar exactamente esta transición, con estaciones que pueden integrarse en un completo Línea de montaje automática MCB cuando el volumen y el caso de negocio justifican la inversión.

¿Cuándo debería automatizar una pequeña fábrica? El marco de decisión

La cuestión de cuándo una instalación de fabricación a pequeña escala debería adoptar prácticas de automatización no puede reducirse a un único límite de volumen. Este problema se resuelve evaluando el producto y el proceso a fondo, así como revisando las condiciones del mercado y la preparación de la organización. El marco proporcionado a continuación es un modelo práctico para la toma de decisiones.

• Automatice primero los pasos críticos para la calidad, independientemente del volumen. Siempre que un paso del proceso como la calibración, prueba, soldadura por contacto o escritura implique un riesgo que afecte la seguridad, certificación o aceptación del cliente, la automatización generará un retorno mucho más allá de una inversión financiera. Al automatizar, se asegura no solo la repetibilidad, sino también la creación de un rastro de datos adecuado para fines de certificación, y la eliminación de la mayor fuente de variación en el proceso. Si un fabricante está produciendo 20,000 MCB mensualmente, puede justificar fácilmente la compra de un banco de calibración semi-automatizado solo por razones de calidad, ya que una única producción de MCBs que falle en las auditorías de certificación costará a la empresa mucho más que el banco de calibración.
• Automatice cuando el costo laboral se convierta en la restricción, no cuando se convierta en la mayoría del costo. En muchas pequeñas empresas, el costo laboral real por cada producto es bastante bajo, y existe la tendencia a posponer la automatización hasta que el trabajo se vuelva caro. Sin embargo, una medida más confiable es la oferta laboral. Si la planta no puede reclutar suficientes ensambladores capacitados, o su rotación y dificultades de capacitación están reduciendo la producción, debe automatizar, independientemente del costo laboral real. La Federación Internacional de Robótica dice que, según la investigación realizada, la falta de oferta laboral es lo que impulsa a las pequeñas y medianas empresas a implementar medidas de automatización.
• Start with semi‑automated cells and scale as volume and confidence grow. Un productor que aún no ha implementado ninguna forma de automatización debería evitar comenzar con una línea completamente automatizada. La cantidad de conocimiento necesario es abrumadora, las apuestas financieras son increíblemente altas y las dificultades de operación son numerosas. Un caso de semi‑automatización como un banco de calibración, estación de prueba o instalación de atornillado presenta un desafío menor. La empresa aprende a definir el equipo, incorporarlo a la producción, hacerlo funcionar de manera eficiente y estimar su rentabilidad.

La economía de escala en la automatización: por qué más grande no siempre es mejor.

El mito más conocido dentro del sector de la automatización de fábricas es el de que lo grande es mejor. La creencia común aquí es que lograr una automatización total de la fábrica es un objetivo, y todas las inversiones que no culminan en la automatización de la fábrica o en tener una fábrica que funcione eficientemente sin la asistencia de un ser humano son un compromiso. Sin embargo, la verdad detrás de esta leyenda radica en la historia documentada de la industria manufacturera y estudios de McKinsey que indican que el grado ideal de automatización es aquel que coincide con el producto que se está produciendo, el rendimiento o volumen del producto, y la variedad, así como las posibilidades de la organización en lo que respecta al manejo de sistemas de automatización. Por ejemplo, una pequeña empresa que produce 10 tipos de marcos de MCCB en lotes de 500 cada mes no necesita una línea de alta velocidad separada para hacerlo; tal planta necesitará una automatización programable flexible que permita cambiar recetas de un tipo de marco a otro. Mientras tanto, una gran empresa que produce 2 millones de MCB idénticos mensualmente para un único cliente necesitará una línea dedicada para esa gran producción, ya que el nivel de demanda y estabilidad del producto lo hace económicamente viable. Ambas empresas están automatizando sus operaciones comerciales de manera adecuada. Las empresas fracasan en la automatización siempre que invierten en sistemas de automatización basados en el nivel incorrecto de automatización.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las desventajas de las fábricas automatizadas?

Las fábricas automatizadas sufren desventajas como una alta inversión de capital, inflexibilidad en lo que respecta a cambios en el diseño del producto o fluctuaciones en el volumen, la necesidad de habilidades especiales de mantenimiento e ingeniería, y la posibilidad de que el equipo de automatización se vuelva obsoleto si el producto para el cual fue fabricado ya no se produce. El alto costo de establecer fábricas automatizadas significa que la automatización fija a gran escala es particularmente vulnerable a caídas en el volumen, ya que estos costos aún deberán ser cubiertos, ya sea que se produzcan 10,000 unidades o ninguna.

¿Cuáles son las 4 D’s de la automatización?

Las 4 D’s de la automatización son una herramienta sencilla para reconocer procesos que pueden ser automatizados. Los procesos aburridos son aquellos que implican tareas repetitivas que son aburridas para las personas y pueden llevar a errores. Sucio se refiere a procesos realizados en condiciones inseguras o desagradables. Difícil se refiere a aquellas operaciones que requieren un alto nivel de precisión, fuerza y resistencia a la fatiga, o que de otro modo superan la capacidad humana. Los procesos peligrosos hacen posible arriesgar lesiones o incluso la muerte.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar sistemas automatizados para el análisis?

Sistemas de análisis automatizados Las máquinas automatizadas, incluidas las estaciones de calibración y prueba automatizadas, garantizan que se tomen medidas precisas múltiples veces, y no hay diferencia en los requisitos de diferentes operadores. Es cierto que cada medida se registra para referencia y que las máquinas automatizadas son mucho más rápidas que cualquier análisis manual. Sin embargo, estas máquinas tienen algunas desventajas, como la necesidad de invertir en ellas, mantenerlas y calibrarlas regularmente. También solo pueden identificar fenómenos previstos por sus programadores; cualquier otra cosa será ignorada por las máquinas.

¿Cuáles son 10 desventajas de la automatización?

Diez desventajas mencionadas con frecuencia de la automatización son los altos costos de inicio involucrados, la naturaleza inflexible del sistema en lo que respecta a cambios en los procesos de producción, el hecho de que los costos fijos deben pagarse independientemente de cuánto se produzca, la necesidad de habilidades operativas complicadas para usar y operar equipos automatizados, la posibilidad de pérdidas de empleo para algunos empleados, la posibilidad de fallos de equipos que impiden que las máquinas funcionen, las dificultades relacionadas con la unificación de diferentes sistemas de diferentes fabricantes, el costo involucrado en el mantenimiento y actualizaciones de piezas de repuesto y software, la posibilidad de perder el significado del sistema si algo cambia, y la posible incapacidad para mantener la integridad de los datos cuando todo el sistema se vuelve automatizado y en red. Todas estas desventajas pueden ser compensadas mediante una planificación precisa y una capacitación constante de los empleados.

Referencias

• McKinsey & Company — El futuro de la fabricación y la automatización. Investigación sobre la productividad y el ROI de la automatización a diferentes escalas, y los factores que predicen inversiones exitosas en automatización en pequeñas, medianas y grandes empresas.
• Deloitte — Fabricación Digital y la Brecha de Habilidades. Análisis de la fuerza laboral y los desafíos de habilidades que acompañan la inversión en automatización, y las estrategias que utilizan los fabricantes para construir la capacidad interna para mantener y mejorar los sistemas automatizados.
• Federación Internacional de Robótica (IFR) — Informe Mundial de Robótica. Datos anuales sobre instalaciones de robots y densidad de automatización por país y por tamaño de empresa, incluidos los índices de adopción de automatización colaborativa y flexible entre pequeñas y medianas empresas.
• Automation World — Automatización Flexible vs. Fija: Elegir la Estrategia Correcta. Publicación de la industria que cubre los compromisos entre líneas dedicadas de alta velocidad y automatización flexible y reconfigurable, con estudios de caso de múltiples sectores de fabricación.

El ventajas y desventajas de fábricas automatizadas a pequeña escala frente a fábricas automatizadas a gran escala no son un marcador en el que un lado gana. Son un conjunto de compensaciones que cada fabricante debe navegar según sus productos específicos, volúmenes y condiciones del mercado. Una línea automatizada a gran escala ofrece el costo unitario más bajo y el mayor rendimiento — siempre que el producto sea estable, el volumen sea alto y la organización tenga la capacidad técnica para mantenerla. Una celda automatizada a pequeña escala ofrece la flexibilidad y el menor riesgo de capital que un fabricante de alta mezcla y bajo volumen necesita — a un costo unitario más alto, pero con la capacidad de adaptarse a un mercado cambiante. El fabricante que comprende estas compensaciones, y que construye una estrategia de automatización que coloca deliberadamente cada paso del proceso en el punto correcto de la escala, es el fabricante que obtiene los beneficios de la automatización sin pagar el precio de un desajuste. Benlong Automation construye tanto equipos de producción semi-automatizados como totalmente automatizados para el sector de fabricación eléctrica, porque la escala adecuada de automatización no es una única respuesta — es la respuesta que coincide con la fábrica que sirve.