Pasado, presente y futuro

Máquinas transfer y sistemas flexibles

Joan Vivancos Calvet, profesor de la Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)

05/12/2013

Tradicionalmente, las máquinas transfer se asociaban a máquinas muy productivas, capaces de producir de manera automática muchas piezas por hora, pero rígidas desde el punto de vista de la flexibilidad, es decir, muy poco flexibles, aptas para mecanizar un solo tipo de pieza, con tiempos de preparación de máquina muy largos en el caso de que se pudiera cambiar de tipo de pieza a mecanizar, y por lo tanto, no aptas para mecanizar series cortas de piezas. Eran máquinas sólo rentables para series muy largas de piezas. Hoy día se trabaja generalmente con series cortas de piezas, y por lo tanto, el concepto y tipo de máquina transfer ha cambiado.

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Actualmente las máquinas transfer son flexibles, suelen ser máquinas de tipo modular, con módulos que disponen de control numérico y almacén de herramientas cada uno, muchas veces partiendo de una plataforma común, particularizada al cliente con los distinto módulos, con distintos tipos posibles de configuración: circular, lineal, etc. Son máquinas rentables para producir series cortas de piezas debido a su grado de flexibilidad.

Actualmente se podría hablar de dos tendencias:

Máquinas multifuncionales (Multitasking Machines), con distintos tipos de operaciones realizadas en la misma máquina, por ejemplo, compuestas por dos platos de torno, una torreta y un cabezal de fresadora en la misma máquina, con un amplio almacén de herramientas de torno y de fresadora, con cambio automático de ellas, con el objetivo de que la pieza salga del todo terminada de una sola máquina. Hay centros de torneado que pueden fresar y/o rectificar, o centros de mecanizado que pueden tornear y también rectificar, etc. Incluso se pueden incorporar distintas tecnologías en la misma máquina. Existen tornos con un sistema láser incorporado para la reposición de material para la recuperación de piezas. Máquinas con deposición de material (láser + polvo metálico) y un cabezal de fresado para terminar las piezas obtenidas por deposición de material, etc. Por tanto, también se puede hablar de máquinas con multi-tecnologías.

Máquinas muy compactas, con control numérico y almacén de herramientas cada una, muy estrechas, muchas veces en forma de cubo, adaptadas al tamaño del espacio disponible, y que se ligan unas con las otras, con estructura modular, con la configuración deseada y particularizada a las necesidades del cliente, transportando las piezas entre ellas de manera automática, ya sea con palés o mediante robots. Para grandes series se utilizan robots tipo pórtico o bien un robot colgado de un pórtico que da mucha más flexibilidad. Pueden haber líneas flexibles con módulos para mecanizar, módulos para ensamblar mediante soldadura con láser, módulos para tratamiento térmico, etc., de manera que las piezas salgan del todo acabadas de la línea.

En cuanto a las máquinas, también hemos de hablar de las máquinas inteligentes (Smart Machines), y de la comunicación a tres niveles: máquina-hombre, hombre-máquina y máquina-máquina o empresa. La máquina nos da toda la información en cuanto a alarmas, desgaste de herramientas, consumo de los motores, diagnóstico de averías, etc. La comunicación del hombre con la máquina tiene en cuenta la ergonomía, que la interface sea amigable, que sea muy visual, con realidad aumentada, fácil, con manejo gestual o táctil, tipo Smart Phone. A nivel de comunicación entre máquinas o a nivel de empresa, se trabaja en la integración de la máquina dentro de la red de la empresa, que desde el despacho puedas ver qué pasa en la máquina, o desde el teléfono móvil, o manejar la máquina desde una Tablet, y comunicarte con ella a través de internet.

Monitorización y control adaptativo

Referente a la monitorización del proceso se está trabajando para obtener un amplio conocimiento de lo que está pasando en la máquina y poder explotar esta información desde aspectos como errores de componentes de las máquinas, gestión de las alarmas, archivo de incidencias, control de mantenimientos, etc.

En cuanto al control adaptativo, el objetivo es que la máquina, en función de una serie de informaciones captadas por medio de sensores, elija como adaptar el proceso a las condiciones cambiantes del mismo. Estos controles adaptativos en muchos casos están basados en sistemas de inteligencia artificial. En este campo se están desarrollando temas relacionados con las vibraciones y las deformaciones debidas a los cambios de temperatura, y con las correcciones de los errores correspondientes en forma de cambio de los parámetros de corte u otro tipo de compensaciones geométricas o dinámicas. Si vibra mucho, varían las velocidades, los avances, para disminuir dicha vibración. Se captan las temperaturas de diversas partes de la máquina y se adaptan las condiciones de trabajo. Incluso se adaptan los movimientos y se adecuan en función de las perpendicularidades o paralelismos. Control adaptativo de la estructura. Se tienen muchos sensores y se toman decisiones a partir de las señales recibidas.

Otro aspecto a destacar es el aumento de la automatización en los sistemas de inspección y medición, aumentando también la velocidad de medición y la precisión, incorporando cada vez más inteligencia a estos sistemas. Se están desarrollando nuevas tecnologías de medición sin contacto para la detección y la medición, tales como: ultrasonidos, sistemas basados en láser, termografía, visión artificial, rayos X. Muchos de estos sistemas, como los basados en láser o la visión artificial, se incorporan en las propias máquinas, a parte de los más tradicionales de contacto, para el control de dimensiones y posicionamientos, y para asegurar la calidad de las piezas antes de salir de la máquina o del sistema productivo. Y a partir del resultado de estas mediciones la propia máquina puede introducir correcciones, por ejemplo en la posición de las herramientas, para mejorar las medidas de las piezas o evitar que salgan de tolerancia las distintas cotas.

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La sostenibilidad de los procesos

Y, finalmente, no hay que olvidar un tema tan importante como es el de la sostenibilidad de los procesos. Dentro del desarrollo de las máquinas se busca el reducir el impacto ambiental. Se está trabajando con el concepto de coste de ciclo de vida de la máquina, con acciones de reducir el consumo energético, o incluso con técnicas de ecodiseño para minimizar el impacto ambiental en la propia construcción de la máquina. También se contempla el mejorar las condiciones de corte y reducir los residuos por medio de los controles adaptativos o del control de problemas en máquina, que permitan tener piezas con cero defectos. Se trabaja en hacer las máquinas lo más compactas posible para reducir los espacios necesarios. En cuanto a la refrigeración en el proceso de mecanizado, se intenta reducirla al máximo, y si bien hay procesos que se pueden realizar en seco, hay muchos que necesitan refrigerante. En muchos casos se puede aplicar la tecnología MQL (mínima cantidad de lubricante), y se está empezando a emplear la criogenización, refrigeración con CO2 o con nitrógeno líquidos, con objeto de aumentar la vida de la herramienta, utilizando estos refrigerantes no contaminantes. Y dentro del concepto de la sostenibilidad también está la recuperación de energía en la máquina cuando se efectúa la frenada de los elementos móviles, o al dejar la máquina en espera (stand by), bien toda la máquina o componentes que no están en uso. Y también se contempla la mejora en los aspectos de ergonomía y seguridad.

En cuanto a las innovaciones que han marcado un antes y un después en las máquinas transfer, básicamente han sido la introducción del control numérico y de la flexibilidad, utilizando una estructura modular. En cierto modo se podría decir que se ha simplificado la mecánica y se ha sofisticado la electrónica y el control.

Mantenimiento, ¿el talón de Aquiles?

Si bien el mantenimiento de estas máquinas o sistemas es muy sofisticado en cuanto a la reparación o solución de los posibles problemas, y requiere la intervención de técnicos muy cualificados, especialistas en mecánica, en informática, en electrónica, en robótica, en automatización; este grado de sofisticación también tiene sus ventajas: Desde la planta del fabricante de la máquina, éste puede acceder y actuar sobre la máquina vía Internet, puede detectar la avería, y puede solucionar muchos de los problemas de manera no presencial, puede modificar los parámetros, puede poner ciclos nuevos, variar los ciclos, etc. Que el mantenimiento y la solución de problemas sean muy sofisticados, si bien puede ser el talón de Aquiles, al mismo tiempo puede ser una ventaja, ya que se pueden solucionar muchos de los problemas a distancia debido a este grado de sofisticación de las máquinas.

Automatización y eficiencia energética

En todo este tipo de máquinas o líneas se tiende a automatizar el máximo posible todo el proceso, desde las propias operaciones de mecanizado, al control y corrección del propio proceso, a la verificación e inspección de las piezas, al transporte de piezas entre estaciones modulares o máquinas, todo ello con la finalidad de que las piezas salgan del todo terminadas y verificadas, sin ninguna intervención manual, asegurando de esta manera la precisión, la repetitividad y todo ello con un alto nivel de productividad del sistema.

Existen muchas empresas que se dedican a montar líneas flexibles, integrando elementos modulares o distintas máquinas, automatizando la carga y descarga de piezas y el transporte entre las distintas máquinas, particularizando las líneas flexibles a las necesidades del cliente.

Desde el punto de vista energético se introducen sistemas de recuperación de energía a partir de las frenadas de los elementos móviles de las máquinas. Se utilizan motores más funcionales, con menos rozamientos. Están saliendo nuevas normas que tratan sobre la eficiencia energética de las máquinas pero desde todos los puntos de vista y analizando toda la cadena de valor, considerando temas como el mecanizado en seco, no utilizar refrigerantes, teniendo en cuenta todo el ciclo de vida de la máquina. Las máquinas pueden llevar sistemas integrados de gestión de la eficiencia eléctrica interna de la máquina.

Competitivos en investigación y fabricación

En España hay importantes grupos de investigación en el campo de la fabricación, tanto a nivel de Universidades, como a nivel de centros tecnológicos o de investigación. En la UPC y en la Fundación Centro CIM de Barcelona, adscrita a esta Universidad, hay buenos ejemplos de estos grupos. En cuanto a los temas relacionados con la máquina-herramienta, hay que destacar los grupos de investigación, universidades y centros tecnológicos del País Vasco, donde la industria de la máquina-herramienta tradicionalmente ha sido un sector fundamental.

Cabe destacar que la mayoría de estos grupos de investigación en España participan en numerosos proyectos europeos, siendo invitados a participar en muchos foros internacionales, lo que prueba que tienen un buen nivel y que están muy bien considerados internacionalmente.

Para ser competitivos hemos de buscar productos que otros no hagan. Nos hemos especializado en máquinas grandes y muy precisas. Generalmente los grandes fabricantes de máquinas-herramienta no suministran este tipo de máquinas, tienen un catálogo de máquinas estándar. No tienen máquinas adaptadas al cliente, no tienen especialización. En este campo, el de la máquina no estándar, es donde podemos ser competitivos.

Y a la hora de adquirir un equipo…

Los aspectos más importantes que conviene tener en cuenta en la adquisición de una máquina son:

  • El coste de la máquina y de su mantenimiento
  • El nivel de fiabilidad y de disponibilidad
  • La precisión
  • El ciclo de vida de la máquina
  • La productividad
  • El nivel tecnológico
  • La buena formación que da el fabricante de la máquina a los usuarios finales
  • Y muy importante y fundamental, que el servicio posventa sea eficiente y cercano. Muchas marcas han perdido clientes por un mal servició técnico.
  • Un buen equilibrio entre coste-eficiencia-servicio.

Las tendencias y los retos que marcarán el futuro

La tendencia es desarrollar máquinas más flexibles y precisas, para dar respuesta a las series cortas, y cada vez más inteligentes, buscando una mayor sostenibilidad tanto en eficiencia energética como en generación de residuos. Máquinas más funcionales, más modulares, con plataformas comunes y utilizando módulos para poder adaptar las máquinas a las necesidades de los clientes. Todo ello con el objetivo de terminar toda la pieza en una máquina y haciéndola bien la primera vez. Será importante mejorar el control de las piezas, mantener una alta productividad y reducir los costes energéticos.

En la actualidad, se investiga principalmente en los temas relacionados con el incremento de la inteligencia en las máquinas para realizar máquinas cada vez más inteligentes, se investiga en los temas relacionados con la ecología y la mejora de los rendimientos, y se investiga en los temas relacionados con el desarrollo de nuevas arquitecturas de máquinas, teniendo en cuenta la reducción del espacio ocupado.

El reto a que se enfrentan los fabricantes de este tipo de máquinas es conseguir máquinas adaptadas al cliente, reconfigurables y más flexibles, incorporando todas las nuevas tecnologías, a un precio competitivo, y además con un alto grado de productividad, fiabilidad y precisión. Conseguir equipos más eficientes energéticamente, conseguir mejores diseños estructurales, con estructuras más simples y más fiables.

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