Soluciones de ensamblaje semiautomatizado

Cuando un fabricante de módulos de control electrónico necesitó aumentar la producción de 5.000 unidades al mes a 20.000 unidades al mes, su equipo de ingeniería se enfrentó a un dilema. Una línea de montaje totalmente automatizada habría sido demasiado costosa e inflexible, debido a los cambios de producto cada seis meses. Por otro lado, una línea de montaje completamente manual no proporcionaría la calidad de soldadura repetible ni cumpliría con el requisito del cliente de las pruebas funcionales 100%. La empresa optó por una tercera alternativa: una ensamblaje semiautomatizado En esta celda, los operarios colocan las placas de circuito impreso (PCB) en un dispositivo de montaje, que luego es utilizado por una máquina para realizar soldaduras de precisión. Tras la soldadura, se realiza una inspección óptica automática de las uniones soldadas. A continuación, el operario retira la placa del dispositivo de montaje y la coloca en un bastidor. Esta celda de montaje semiautomatizada tiene un coste mucho menor que una línea totalmente automatizada, cumple con el rendimiento requerido y puede reprogramarse para producir el siguiente producto en una hora. Esta solución práctica, que no es ni totalmente manual ni totalmente automatizada, es la respuesta correcta para miles de fabricantes. Automatiza los pasos de fabricación que requieren precisión y repetibilidad, dejando la manipulación manual flexible y económica para aquellos pasos que son demasiado variables como para automatizarlos.

¿Qué es un proceso de ensamblaje semiautomatizado?

En este sistema de producción, algunos equipos realizan la mayor parte del trabajo y son operados por personas que cargan y descargan máquinas o trasladan componentes de un proceso a otro. Una máquina realiza una operación (por ejemplo, soldadura) y, al final de un ciclo, registra el resultado. El operario carga una pieza en la máquina e inicia el ciclo mediante un control de seguridad a dos manos o un pedal. A diferencia de una línea totalmente automatizada, las piezas se transfieren entre procesos mediante la intervención humana, además de la maquinaria. A diferencia de un proceso manual, los ciclos de la máquina se repiten sin intervención humana; por lo tanto, se eliminan todas las variaciones en la ejecución de las operaciones y se garantiza la precisión del proceso cuando la repetibilidad es importante.

Para comprender mejor todo el espectro de la automatización de la fabricación, consulte nuestra descripción general de qué es la automatización Proporciona el contexto más amplio en el que encajan los sistemas semiautomatizados.

Cómo las soluciones semiautomatizadas mejoran el rendimiento de la fabricación.

Existen numerosos beneficios cuantificables que justifican la inversión en una planta de fabricación semiautomatizada. Muchos de los beneficios que ofrece una planta de fabricación semiautomatizada pueden generar un retorno de la inversión suficiente en los primeros 12 a 24 meses. En un estudio reciente realizado por McKinsey & Company, se demostró que invertir en 20% de los pasos que constituyen 80% de la variación de calidad, genera la mayoría de los beneficios derivados de las plantas de fabricación totalmente automatizadas y, por lo general, requiere solo una fracción (es decir, menos de 1/10) del gasto asociado a estas últimas.

• Repetibilidad del proceso. Un destornillador semiautomático puede apretar cada tornillo con el par de apriete deseado y, además, registrar la cantidad correcta de apriete. Un operario manual utiliza su memoria muscular (la intuición para saber con qué fuerza apretar) para apretar, por lo que nunca quedará constancia de ello. En un conjunto relacionado con la seguridad (un disyuntor o un conector de airbag de automóvil), la existencia o ausencia de registro supone una diferencia significativa entre poder enviar el producto y no poder certificarlo.
• Calidad constante. El cabezal de soldadura por resistencia semiautomático aplica un perfil de soldadura uniforme en todos los contactos. El banco de pruebas semiautomático realiza una secuencia uniforme de pruebas eléctricas en todas las unidades que prueba. La máquina continúa realizando la misma función indefinidamente, no requiere descanso, no se ve afectada por distracciones externas y no requiere que el operador reciba capacitación inmediata al cambiar de turno.
• Rendimiento con costes laborales controlados. Dado que el tiempo de ciclo de una celda semiautomatizada lo controla la máquina en lugar del operario, esta producirá una mayor cantidad de productos por hora que una celda manual. Un operario puede atender una segunda celda mientras la primera está en funcionamiento, lo que aumenta la productividad.
• Flexibilidad para las variantes del producto. Debido a la rapidez con la que se pueden cambiar los equipos, las células semiautomatizadas resultan ventajosas tanto para fabricantes por contrato como para empresas que producen diversas líneas de productos. La flexibilidad de una célula semiautomatizada permite modificar el flujo de trabajo mediante la selección de recetas y el cambio de accesorios, generalmente en cuestión de minutos. En definitiva, esto proporciona una solución rentable para las empresas que requieren un método eficiente para fabricar múltiples tipos de productos.

Donde el ensamblaje semiautomatizado genera el mayor impacto

Un enfoque de ensamblaje semiautomatizado puede resultar beneficioso independientemente de la organización que lo utilice, ya que existen diferentes requisitos de calidad y rendimiento en muchos sectores.

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

En la fabricación de interruptores automáticos miniatura e interruptores automáticos de caja moldeada, los pasos de calibración y prueba son los más críticos, tanto desde el punto de vista legal como funcional. Un interruptor que no se dispara dentro de su curva tiempo-corriente publicada representa un riesgo para la seguridad. Los bancos de calibración y prueba semiautomatizados, como los que fabrica Benlong Automation, permiten al operador cargar un interruptor, tras lo cual la máquina aplica la corriente de sobrecarga o cortocircuito, mide el tiempo de disparo, ajusta el tornillo de calibración y aprueba o rechaza la unidad. El operador manipula la pieza; la máquina se encarga de la medición. Esto garantiza que cada interruptor cumpla con su estándar de certificación sin necesidad de una línea totalmente automatizada. banco de calibración térmica semiautomático y banco de pruebas de disparo magnético son ejemplos de este enfoque. Para el montaje del mecanismo del interruptor en sí, un máquina de ensamblaje semiautomática Puede automatizar la unión, el remachado o el atornillado de componentes internos, en los que el operario coloca las carcasas, los contactos y las bobinas en los soportes y la máquina realiza el trabajo mecánico de precisión.

Componentes para automóviles y vehículos eléctricos

Las células semiautomatizadas se utilizan habitualmente para la fabricación de subconjuntos, como clips para arneses de cableado, carcasas de sensores y conjuntos de conectores. Una célula de soldadura ultrasónica semiautomatizada o una célula de dispensación guiada por visión proporciona el tipo de control de procesos necesario para cumplir con el PPAP (Proceso de Aprobación de Piezas de Producción) del sector automotriz, manteniendo a la vez unos costes laborales suficientemente bajos asociados a la carga manual, lo que permite su implementación en múltiples líneas de productos. FANUC fabrica los robots y cobots que suelen ser el componente automatizado de estas células y que se encargan de la manipulación de las herramientas mientras el operario sujeta la pieza.

Dispositivos médicos y diagnósticos

Al ensamblar dispositivos médicos, generalmente es necesario validar el proceso y registrar cada dispositivo producido. Una estación semiautomatizada de unión de jeringas (o un sistema de dispensación de reactivos) puede registrar con detalle todos los parámetros del proceso de carga y descarga de componentes, asociándolos al número de serie del dispositivo. Esto permite cumplir con los requisitos de validación exigidos por los organismos reguladores, sin la inversión inicial que requiere una línea aséptica totalmente automatizada.

Electrónica de consumo

Debido a los cortos ciclos de vida de los productos y la gran variedad de productos en la electrónica de consumo, la automatización completa del ensamblaje es difícil. En la fabricación electrónica por contrato, existen muchos procesos semiautomatizados, como el atornillado, la aplicación de adhesivos y las pruebas funcionales. El operario coloca la placa de circuito impreso (PCB) en el soporte, la máquina la aplica, fija o prueba automáticamente, y el operario la retira del soporte. Cuando un producto existente cambia, el equipo de producción puede adaptarse para fabricar el nuevo producto en pocas semanas.

¿Cuánto cuesta una solución de ensamblaje semiautomatizado?

La inversión para un ensamblaje semiautomatizado La estación depende del proceso, la precisión requerida y el grado de autodiagnóstico. La tabla a continuación proporciona rangos indicativos para celdas llave en mano, que incluyen la máquina, las herramientas, los controles y la programación.

Estos precios incluyen la máquina llave en mano; el utillaje para variantes de producto específicas, la capacitación del operador y el envío son adicionales. La recuperación de la inversión se suele lograr mediante una combinación de reducción de mano de obra, reducción de desperdicios y aumento de la productividad. Una célula que reemplaza a dos operadores por turno en dos turnos, o que elimina un costoso proceso de devoluciones por garantía, puede recuperar su inversión en menos de dieciocho meses.

Cómo elegir al integrador adecuado para una solución semiautomatizada.

Al elegir un socio para el diseño y la construcción de una celda de ensamblaje semiautomatizada, es importante evaluar otros factores además del costo. El integrador debe estar familiarizado con el proceso de fabricación empleado, las tolerancias requeridas y el tipo de datos que se necesitan recopilar.

• La experiencia en el sector es importante. Las empresas que fabrican sistemas de automatización de uso general probablemente tendrán dificultades para calibrar una unidad de disparo térmico o soldar un contacto de plata. En cambio, Benlong Automation, gracias al diseño de cientos de estaciones para la industria eléctrica de baja tensión, ya se ha enfrentado y resuelto este tipo de problemas específicos.
• Arquitectura de control y datos. El dispositivo se diseñará utilizando un controlador lógico programable (PLC) industrial, por ejemplo, de Rockwell Automation o Siemens, que se comunicará con el sistema de ejecución de fabricación (MES) de la fábrica. Los datos de cada ciclo se almacenarán en una base de datos y se conservarán independientemente del estado de la máquina (apagada o no).
• Soporte y repuestos. Una celda semiautomatizada se considera una inversión de capital con una vida útil de 10 años o más. El integrador debe mantener en stock las piezas de repuesto críticas y proporcionar un soporte adecuado, tanto remoto como presencial, dentro de un plazo de respuesta definido.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un proceso semiautomatizado?

La semiautomatización es un método de producción en el que todas las operaciones principales —como soldadura, dosificación, inspección y fijación— se realizan automáticamente mediante una máquina industrial, con la excepción de la carga de la pieza, el inicio del proceso y la descarga del producto terminado. Por lo tanto, los procesos centrales están automatizados, pero la carga y descarga de las piezas se mantiene como una tarea manual, lo que proporciona mayor flexibilidad en su manipulación.

¿Qué es un sistema semiautomatizado?

Un sistema semiautomatizado es una operación de fabricación automatizada (mediante un PLC, sensores, etc.) que requiere un operario para cargar y descargar piezas en cada ciclo de fabricación. La máquina o célula consta de otros componentes y herramientas de automatización específicamente adaptados al componente final que se produce en ella.

¿Cuál es la diferencia entre automatizado y semiautomatizado?

Un sistema totalmente automatizado gestiona todo el movimiento y procesamiento de materiales sin intervención manual, mientras que un sistema parcialmente automatizado solo automatiza el proceso, pero requiere que un operario prepare y manipule la pieza antes y después de cada ciclo. La diferencia entre ambos tipos de sistemas radica en los métodos de manipulación de materiales, no en la calidad del proceso.

¿Cuáles son los diferentes tipos de sistemas de ensamblaje automatizados?

Existen diversos tipos de sistemas de ensamblaje automatizado, desde líneas de producción totalmente integradas y sin supervisión hasta células semiautomatizadas que pueden ser operadas por un operario, y otras áreas o procesos donde las piezas deben ensamblarse de manera ordenada. Estos sistemas también se pueden clasificar en cuatro categorías principales: automatización fija (rígida) para producir un solo tipo de producto en grandes volúmenes; automatización programable para la producción de múltiples lotes; automatización flexible para la fabricación de múltiples tipos de productos; y células semiautomatizadas que automatizan la etapa de ensamblaje, pero mantienen la manipulación manual de las piezas.

Referencias

• McKinsey & Company — Fabricación digital e Industria 4.0 — Investigación sobre el impacto en la productividad y la calidad de la automatización selectiva.
• Rockwell Automation: Soluciones de control y automatización industrial. — Plataformas PLC, HMI y MES para la fabricación semiautomatizada y automatizada.
• FANUC Corporation — Cobots y robots industriales — Soluciones robóticas que se integran frecuentemente en células de ensamblaje semiautomatizadas.
• Automation World: Estudios de caso sobre ensamblaje semiautomatizado — Publicación especializada que cubre implementaciones exitosas de semiautomatización en diversos sectores.

A solución de ensamblaje semiautomatizada No se trata de un compromiso entre lo manual y lo automático; es una estrategia deliberada que sitúa la precisión y el registro de datos de la automatización donde más importan —en las etapas del proceso que determinan la calidad—, manteniendo al mismo tiempo el elemento de manipulación más adaptable y económico: un operario capacitado. Para los fabricantes de disyuntores, contactores, componentes de automoción, dispositivos médicos y un centenar de otros productos, una célula semiautomatizada ofrece la producción certificada y repetible que exigen las cadenas de suministro modernas, con un coste y una flexibilidad que una línea totalmente automatizada no puede igualar. Benlong Automation construye estas células para la industria eléctrica, transformando la calibración, las pruebas y el ensamblaje de dispositivos de protección, pasando de una operación manual variable a un proceso semiautomatizado controlado, documentado y repetible.