Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN:
El presente escrito está dedicado a resaltar las muchas ventajas
que “ la conjunción de planetas”: Células en U + Robots colaborativos + Visión
artificial” puede suponer para elevar a niveles inimaginables los OEE´s de
fabricación y mejorar drásticamente la productividad de la Mano de Obra, y todo
ello sin desviarnos ni un milímetro ( más aún potenciándolo al máximo ) el
primer mandamiento LEAN , que es reducir al máximo el tamaño de los lotes en
todo nuestro Proceso de fabricación
Pero vamos por partes: ¿qué es, según mi humilde opinión, la
Excelencia LEAN en Fabricación?
Excelencia LEAN en
Fabricación, de menos a más:
NOTA previa: Ya no voy a ser más pesado con que hay que
mover el producto en montaje, y que no hay excusas de ciclos, horas de montaje,
grandes dimensiones del producto, dificultad de manipulaciones, etc….para más
información sobre esto, por ejemplo fábricas de aviones, barcos, material
ferroviario, ver mis escritos:
La producción mezclada LEAN para la fabricación de trenes:
Si la Excelencia LEAN es flujo pieza a pieza en todo el
proceso industrial y producción mezclada, aún hay pocos en ese pódium:
http://historiasdellean.blogspot.com.es/2017/04/si-la-excelencia-lean-es-flujo-pieza_37.html
Pero vayamos al
grano: mi opinión sobre los grados de la excelencia LEAN en flujo
Pre-TOYOTA:
-Flujo en Montaje
-Falta de flujo ( o sea trabajo por lotes ) en premontajes,
tratamientos superficiales y operaciones de aguas arriba, previas a pintura
TOYOTA = LEAN:
-Producción pieza a pieza en todo el sistema productivo:
montaje, premontajes, tratamientos superficiales y operaciones de aguas arriba
-Producción mezclada en todo el sistema productivo, de
principio a fin
-Tamaño de lote unitario en todo el sistema productivo
-Como consecuencia de lo anterior, si vamos hasta las
últimas consecuencias ( o sea cambio, cero ), se podrán producir las diferentes
líneas de cada pedido de forma consecutiva
-Integración de calidad y producción: se podrá detectar la
calidad en origen, inmediatamente después de producir
-Erradicación de la típica planificación PUSH, que lanza
piezas desde cabecera al final, y sustitución por un sistema PULL, donde solo
se planifican los procesos finales y, de ahí, se lanzan órdenes de
reaprovisionamiento y fabricación a los procesos de aguas arriba sin
intervención del ERP
Células en U de
TOYOTA
La creación de flujo pieza a pieza aguas arriba se traduce
en una de las creaciones más emblemáticas de TOYOTA, sus famosas células en U
Por temas de confidencialidad, no puedo dar detalles de
ningún caso práctico que hemos resuelto a lo largo de muchos años de
Consultoría LEAN en nuestros Clientes
Buceando por Internet, he encontrado una explicación
suficiente de lo que es una ruta estándar en una Célula en U, en el siguiente
link:
Ruta Estándar en una Célula en U
Después de obtener el ciclo de fabricación y el tiempo de
operación para cada unidad, hay que evaluar el número de operaciones diferentes
a asignar a cada trabajador.
La asignación de las diversas operaciones entre los trabajadores deberá ser tal que cada uno de los operarios pueda concluir las operaciones que le hayan sido asignadas dentro del ciclo de fabricación especificado.
También la distribución en planta debe ser tal que cada trabajador tenga el mismo ciclo, de forma que pueda realizarse el equilibrado de la línea de producción entre los diferentes procesos.
Ejemplo de un proceso con diez puestos de trabajo, un ciclo de fabricación de 2 minutos, y los tiempos de operación por unidad o puesto de trabajo (PdT) según tabla siguiente:
La asignación de las diversas operaciones entre los trabajadores deberá ser tal que cada uno de los operarios pueda concluir las operaciones que le hayan sido asignadas dentro del ciclo de fabricación especificado.
También la distribución en planta debe ser tal que cada trabajador tenga el mismo ciclo, de forma que pueda realizarse el equilibrado de la línea de producción entre los diferentes procesos.
Ejemplo de un proceso con diez puestos de trabajo, un ciclo de fabricación de 2 minutos, y los tiempos de operación por unidad o puesto de trabajo (PdT) según tabla siguiente:
El reparto de cargas para obtener el ciclo, considerando que los puestos
A y J deben ser primero y último respectivamente es como se expresa en la tabla
anterior.
Las hojas de rutas estándar de operaciones serían según los
siguientes esquemas:
Claves de minimización de Mano de Obra en las células
en U
Estas células en U están concebidas de tal manera que todos
los puestos están conectados, lo que permite saltos cuánticos de productividad,
al eliminar poco a poco operaciones y recalcular los equilibrados de cada
operario al tiempo de ciclo de la demanda
Tengo que decir una cosa que es muy importante: es vital que
los operarios estén conectados, por lo que todo el Lay-out debe quedar
condicionado a esta premisa: ese condicionante es el que permite la sucesiva
minimización de mano de obra a través de mejoras pequeñas pero continuas
Pérdidas de OEE en las Células en U si insistimos en
seguir bajando el tamaño de los lotes ( y debemos hacerlo, porque es una
estrategia clave del LEAN )
Por otro lado, en estas células….y en cualquier línea de
montaje, la capacidad productiva, o sea el OEE, bajaría cuando :
-Reducimos el tamaño del lote,
axioma clave del LEAN, por la necesidad de cambios continuos de utillajes
-Dentro del ciclo haya alguna
operación de ergonomía/manipulación complicada, que exija que la operación deba
ser hecha por , digamos, “robots tontos y ciegos”: los robots clásicos exigen,
por seguridad, que estén “enjaulados”, como fieras salvajes, para evitar
riesgos de seguridad con los operarios…….pero si ponemos las jaulas en mitad de
la célula, aislamos unos operarios de otros…..y destruimos la magia de la
mejora continua para la que se creó el concepto de Célula en U
-Que la calidad, por ejemplo para
hacer pruebas entiempo real, exija que haya que juntar, o sea que vengan,
unidades diferentes seguidas: también el problema a abordar serían los
continuos cambios
Robots Colaborativos y Visión para potenciar las
mejoras de OEE y de reducción de MOD en las Células en U
Para todos estos problemas que, muchas veces, paralizan la
mejora continua, tenemos una gran ayuda con dos tecnologías emergentes: los
COBOTS (Robots Colaborativos) y la Visión Artificial
La potencia de ambas tecnologías combinadas se explica a
continuación
1.Ahorros de útiles = tiempo de cambio cero + miles de
€ ahorrados
Se ahorran útiles de posicionamiento, estaciones complejas
de casamiento, ……..por ejemplo, el robot , ayudado por la visión, puede coger
un parabrisas y posicionarlo en cada vehículo, corrigiendo automáticamente las
diferentes las tolerancias de cada coche….porque antes las ha fijado basándose
en fotos previas que hace de partes clave de la estructura del cada vehículo en
concreto en la que se fijara el parabrisas
Corolario: si nos ahorramos los útiles, no hay que
cambiarlos al introducir producción mezclada unitaria en la célula; cambio
cero, no pérdidas de OEE por este concepto: objetivo conseguido
Aparte de cambio cero, ni se sabe lo que nos ahorramos en
útiles: líneas de montaje y células de fabricación sin útiles.!!!...¿os lo
podéis imaginar?
2.La magia de los robots trabajando de forma armónica
y segura con las personas
La expulsión de las jaulas de los robots entre puestos hace
que el imperativo nº1 para el que se crearon las células, que los operarios
estén conectados, siga siendo válido: esto es clave para los objetivos de
máxima productividad comentados antes
3.La visión artificial en tiempo real permite
posibilidades ilimitadas para la calidad en puesto
Esto permite integrar de forma armónica la producción y la
calidad en origen, en un grado inimaginable antes
Células en U +
Robots colaborativos + Visión artificial, pero eso ya será objeto de otros
escritos
Como colofón a este escrito, ahí va unos cuantos links
interesantes sobre Visión y Robots Colaborativos:
Control de calidad por visión artificial:
Control: Altura de
los dientes
Controles: Diámetro de circunferencia, Número de dientes correctos
Sistema integral de Control de calidad en Ford
Almusafes, mediante una mezcla preciosa de visión artificial + robot
cartesiano, tipo gantry
El sistema de inspección completo consta de :
-Un subsistema de 12 cámaras que detecta los defectos en la totalidad de la
superficie del vehículo
-Localiza los defectos y los clasifica en menos de 10 seg.
-Una estructura de robot cartesianso, tipo gantry, que trasporta el subsistema
de iluminación que realiza un barrido completo sobre el vehículo
-Un subsistema de visualización de los defectos detectados, mediante pantallas
de plasma, que aporta la clasificación de los defectos, así como su importancia
y gravedad
-Esta información es clave, cara al pulido posterior, realizada mediante
operarios especializados
Subsistema de visión con 12 cámaras
Un robot cartesiano que transporta el sistema de
iluminación, barriendo el vehículo completo
Nota importante: esta estación de inspección integral
trabaja sin operarios
Pantallas de plasma, con información y clasificación de los
defectos, en estaciones de pulido
Podéis ver la información que , sobre este tema, da Ford, en
el link:
Collaborative Robots working in manufacturing
A
history of Collaborative Robots: from Intelligent Lift Assists to COBOTS
Per the
International Standards ISO 10218, there are four general safety features for
cobots:
1 Safety
Monitored Stop:
This
feature is used in cobots designed to predominately work alone, only rarely
having a human enter their workspace. For example, if an employee had to make
an adjustment to a part the cobot was handling or remove that part from the
cobots space, the cobot will cease movement, but not completely shut down to
easily resume its tasks when the human leaves. This is the loosest of interpretations
for what “collaborative robot” means, employing advanced proximity sensing
technology to turn a conventional industrial robot into a form of cobot.
2 Hand
Guiding:
Hand
guiding is a collaborative feature used for path teaching a robot – literally
guiding the robot through a sequence of motions required to complete a task,
like pick-and-place applications. These cobots often using end effector
technology to sense its position and read forces applied to the robot’s
tooling, allowing a cobot to learn through example – literally.
3 Speed
and Separation Monitoring:
For
applications requiring more frequent human intervention with larger cobots, a
laser vision system can be installed in the environment to allow the robot to
sense a human’s proximity, similar to a safety monitored stop system. With
speed and separation monitoring, the robot will slow down more and more as a
human approaches, completely stopping when humans get too close. These
reactions can be programmed for a robot to perform at various distances between
itself and the human operator. The robot will resume its task and slowly
accelerate its motion as the operator moves further away.
4 Power
and Force Limiting:
Robot
models like Universal Robot’s UR series, ABB’s YuMi, Rethink Robotics’ Baxter
and others, often require little to no safety technology due to power and force
limiting safety features. Force limited collaborative robots can read forces in
their joints, like pressure, resistance or impacts using embedded sensors.
After feeling a disturbance, the robot will stop or reverse its course. The robots
soft skin and very fast reaction times dissipate as much of the impact as
possible. Their soft skins and rounder designs help to cushion impacts and even
eliminate pinch points. These models often have internal motors and wiring to
shrink their overall size as much as possible. Even though they can be regarded
as “true cobots,” they still require risk assessments and are regulated under
the new ISO/TS 15066 technical specification.
With these
safety features, cobots take on a variety of shapes and sizes to address
pick-and-place, injection molding and assembly applications, just to name a
few. But the cobots on the market today aren’t where the technology started.
Today's
cobots grew out of an effort in the late 1990s by researchers at Northwestern University, the University of California Berkeley and General Motors (GM),
which used what would eventually become cobots in its automotive plants.
Los COBOTS, fáciles de enseñar y con seguridad
apropiada para trabajar con humanos
Fáciles de enseñar
Los Robots Colaborativos son sistemas que permiten ser
programados de una manera sencilla, por personal no cualificado y sin
conocimiento de programación. En muchos casos no se habla de programación del
robot, se habla de enseñar o entrenar al robot ya que los movimientos se
programan moviendo manualmente el robot por su muñeca a las posiciones
deseadas, estas posiciones queden registradas para que luego las repita de
forma automática.
Esto hace posible que los propios empleados de la fábrica
sean capaces de recibir, instalar, "programar" y poner en marcha una
instalación robótica. Esta facilidad de instalación y programación permite que
el robot pueda ser utilizado en diferentes tareas dentro de la cadena
productiva de una manera flexible.
Seguridad al trabajar mano a mano con humanos
Como ya hemos comentado la gran ventaja de los Robots
Colaborativos es su capacidad de poder trabajar junto a operarios humanos sin
tener que utilizar sistemas de seguridad como son los vallados. La actual
normativa referentes a sistemas de robótica indusial se basa en las
normas ISO 10218-1, ISO 10218-2. La irrupción de estos nuevos Robots ha
propiciado nuevas legislalaciones como la ISO/TS
15066 – Safety of Collaborative Robots donde se definen
los Requisitos de seguridad para robots y aplicaciones colaborativas.
Algunos de los Robots Colaborativos incorporar sistemas avanzados
de control de fuerza en los ejes haciendo posible que el robot se
para a la fuerza determinada y programada cuando encuentra un
obstáculo permitiendo trabajar con el robot sin el vallado de
seguridad, siempre que la aplicación lo permita .
Los robots disponen de sensores de fuerza y
consumo pudiendo detectar colisiones con su entorno pudiendo
desconectar sus sistemas evitando dañar a los operarios.
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros
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