La fábrica inteligente: producción totalmente automatizada y flexible, incluso para cantidades pequeñas

Producción Continua las 24 Horas del día, los 7 días de la semana, con cambio automatizado de dispositivos de sujeción de HAINBUCH, incluso para producción Individual.

Dentro de la Fábrica Inteligente de WTO.

Durante años, los costos de producción han experimentado un considerable aumento, mientras se demandan precios de fabricación cada vez más bajos. Además, se enfrenta a una escasez de trabajadores calificados. Estos son los desafíos que enfrentan muchos fabricantes, incluyendo a WTO, fabricante de portaherramientas de precisión estáticos y accionados. La solución parece evidente: una planta de producción completamente automatizada. Si bien la producción en masa se basa en métodos establecidos, para cantidades pequeñas es necesario desarrollar e integrar nuevos procesos en un sistema global. ¿Por qué? Porque los dispositivos de sujeción, por ejemplo, deben cambiarse varias veces al día, lo que representa grandes desafíos en términos de procesos y seguridad. Trabajando en colaboración con Hainbuch, fabricante de tecnología de sujeción con sede en Marbach, WTO ha superado estos obstáculos mediante una serie de mediciones y pruebas meticulosamente coordinadas. En la nueva Fábrica Inteligente de WTO, todos los procesos están automatizados, con robots que insertan componentes, cambian dispositivos de sujeción y sistemas de transporte sin conductor que trasladan los elementos de un lugar a otro. Desde finales de 2022, la producción de uno de los componentes de las herramientas accionadas se ha llevado a cabo de forma autónoma las 24 horas del día, los 7 días de la semana, en lotes de 1 a 100 unidades. Esto marca un hito para WTO y Hainbuch después de una fase de desarrollo de 3 años.

La Fábrica Inteligente como única opción
WTO tiene su sede en Ohlsbach, cerca de Offenburg, Alemania, alejado de las principales ciudades, lo que ha resultado en una escasez de trabajadores calificados. Debido a las tendencias demográficas, esta situación continuará empeorando. Además, cada vez menos personas desean convertirse en operadores de máquinas y hay una creciente falta de disposición para trabajar en turnos. Sascha Tschiggfrei, director gerente de WTO, reconoció estos desafíos y en 2016 comenzó a buscar soluciones. "La escasez de trabajadores calificados es un problema, al igual que el aumento de los costos. Dado que operamos a nivel internacional, la presión competitiva es intensa. Algunas empresas optan por trasladarse al extranjero, donde los costos son más bajos. Sin embargo, nosotros queríamos mantener nuestra ubicación en Alemania, por lo que tuvimos que tomar medidas para asegurar la competitividad a largo plazo de nuestra empresa. Nuestro futuro radica en la Fábrica Inteligente, operando las 24 horas del día de manera totalmente autónoma. Esto nos brinda una ventaja competitiva y nos permite atraer a profesionales altamente calificados", declaró Tschiggfrei.

La búsqueda de un socio exclusivo
Para este proyecto gigantesco, WTO buscaba un socio exclusivo para el equipo de sujeción, con el compromiso y la experiencia para contribuir con la tecnología adecuada. "Hemos trabajado en los detalles técnicos en equipos de proyecto. Las preguntas eran: ¿Cómo sujetamos las piezas de trabajo, cómo podemos automatizar la sujeción y cómo podemos cambiar los dispositivos de sujeción automáticamente? El objetivo era que las máquinas realizaran los cambios de manera completamente autónoma. Esto requiere dispositivos de sujeción que tengan esta capacidad. Además, tenemos un proceso de rectificado de alta precisión, con un rango de tolerancia máximo de 3 µm", dijo Tschiggfrei. Una vez que se estableció el concepto de la Fábrica Inteligente, el siguiente paso fue buscar un socio. Como WTO y Hainbuch ya habían trabajado juntos con éxito en varios proyectos internacionales, Hainbuch fue el socio elegido. A finales de 2019 comenzaron las primeras discusiones para definir los requisitos del dispositivo de sujeción. Se aceptaron las propuestas de diseño desarrolladas por Hainbuch.

Se presiona el botón de inicio
WTO cuenta con una nave de producción existente que alberga más de 50 máquinas CNC. En estas máquinas, la sujeción se realiza principalmente con chucks de mordazas, el cambio y la alineación de cada operación se realizaban manualmente. El primer proceso de fabricación completamente sin personal que se implementó en la Fábrica Inteligente, fue la producción de una carcasa con mecanizado suave seguido de mecanizado duro. Tschiggfrei proporcionó más detalles: "Las máquinas en la Fábrica Inteligente son todas nuevas. Son máquinas estándar, pero se han adaptado específicamente para permitir el cambio automático de dispositivos de sujeción mediante un robot". HAINBUCH fue responsable de equipar cuatro máquinas con dispositivos de sujeción. Dos centros de torneado/fresado en una celda con sujeción interna en el sub-husillo y dos máquinas de rectificado cilíndrico en otra celda, una con sujeción externa y otra con sujeción interna. Para la sujeción externa en el rectificado, HAINBUCH ya tenía un chuck estándar, el TOPlus AC 100 con retroceso axial. Para las diversas carcasas, se utilizaron 18 juegos de sujeción, que consisten en una cabeza de sujeción con su localizador axial y se cambian automáticamente en el dispositivo de sujeción TOPlus . Sin embargo, se requirió un desarrollo completamente nuevo para la sujeción interna durante el torneado y el rectificado. Se basó en el mandril Maxxos T211 existente, pero se desarrolló una versión especial con controles de seguridad adicionales

Requisitos rigurosos sobre los dispositivos de sujeción
Para Björn Schiesling, ingeniero de diseño en el departamento de automatización de Hainbuch, quien ha estado involucrado desde el principio, existen requisitos fundamentales que deben tenerse en cuenta en la automatización. "¿Qué falta en el cambio automático de sujeción de piezas? Es el empleado que limpia las superficies de contacto. Incluso las partículas de suciedad más pequeñas hacen que la precisión se salga de las especificaciones. Además, están las verificaciones de seguridad. ¿Se permite que el husillo gire? ¿Está correctamente tensionado? ¿Está colocado correctamente? ¿Puede algo aflojarse? En general, todas las cosas que normalmente son verificadas y ajustadas por el operador. Esto ya no ocurre con la automatización. Para nosotros, fue un gran desafío implementar estas verificaciones en los dispositivos de sujeción. Por supuesto, también tuvimos que trabajar con el fabricante de la máquina para determinar cómo se podría implementar esto en términos de tecnología de control, monitoreando la posición del recorrido. Por ejemplo, para hacer una verificación mediante un sensor de aire, puedo proporcionar los canales en el dispositivo de sujeción para que se pueda implementar la detección de aire. Pero el fabricante de la máquina debe instalar el suministro de aire y los sensores detrás de él que se comuniquen con el sistema de control de la máquina. Hubo muchos obstáculos en el camino hacia la solución final, pero logramos superarlos con éxito", dice Schiesling.

La seguridad tiene prioridad
Para la sujeción interna (I.D.), Hainbuch también consideró cambiar los bujes de sujeción segmentados y los topes finales de forma individual. Después de evaluar los aspectos de seguridad, precisión, contaminación y comparar diferentes enfoques, quedó claro que solo se podía lograr un proceso seguro con mandriles pre-equipados. Ahora, la celda de rectificado y la celda de torneado/fresado tienen diez mandriles Maxxos con una interfaz de cambio rápido centroteX AC. Estos se mantienen en stock para las diferentes carcasas con la configuración correspondiente y se cambian automáticamente por el robot.

Hainbuch ha superado ampliamente los requisitos
Inicialmente, Philipp Wußler, Gerente de la División de Rectificado en WTO, tenía grandes dudas sobre si todo funcionaría. "Afortunadamente, esas dudas se han disipado. Los dispositivos de sujeción cumplen con todos los requisitos, incluyendo limpieza, precisión y lo que es muy importante, repetibilidad. Con cada cambio de mandril, estamos dentro de las 3 μm requeridas", comenta Wußler satisfecho. El proceso de fabricación automatizado ha reducido el tiempo de configuración en un 25 por ciento en comparación con el método anterior, donde se debían cambiar los chucks de mordazas, alinearlos manualmente y rectificar las mordazas para lograr precisión. "También hemos reducido significativamente el desperdicio, prácticamente a cero. Esto se debe a que la sujeción solía ser menos precisa. Ahora, con la sujeción mediante retroceso axial en el tope final, obtenemos mucha más precisión. Una vez que he ajustado la pieza, sé que el siguiente proceso de configuración funcionará correctamente. Esto significa que ya no tengo preocupaciones con los dispositivos de sujeción", agrega Wußler. Para WTO está claro: si la sujeción es más segura, entonces el proceso también lo es.

Los empleados ahora solo están en el centro de mando
"La Fábrica Inteligente está diseñada de tal manera que la única operación manual es la entrega de la materia prima. Un sistema de transporte sin conductor recoge incluso las carcasas terminadas, que se inspeccionan y miden en la celda de producción, y las lleva desde la máquina al almacén. La Fábrica Inteligente incluye un centro de mando con oficinas para la planificación de los procesos de fabricación y la programación. También se planifican ahí los dispositivos de sujeción y la definición de los parámetros de manipulación para la automatización", dice Tschiggfrei. Ya se están planificando otros proyectos y Hainbuch volverá a suministrar los dispositivos de sujeción y participará en el proceso de puesta en marcha. Tschiggfrei concluye diciendo: "Estamos muy satisfechos. Queríamos un socio para llevar a cabo este proyecto de desarrollo junto con nosotros. HAINBUCH hizo todo para alcanzar la última "μm". El señor Schiesling y el señor Wußler se comprometieron apasionadamente con el proyecto. Se necesitan personas como ellos para implementar con éxito algo así. Desde mi punto de vista, el resultado ha sido incluso mejor de lo esperado".

Usuario: WTO Werkzeug-Einrichtungen GmbH
WTO es una empresa familiar de segunda generación con 280 empleados ubicada en Ohlsbach y celebra su 40 aniversario este año. WTO es un pionero en el desarrollo y fabricación de portaherramientas de precisión accionados para centros de torneado CNC. Con la Fábrica Inteligente, en la que WTO invirtió 40 millones de euros, están estableciendo estándares en la digitalización y automatización de la fabricación de bajo volumen. El nuevo edificio de 14,000 m² consta de 9,000 m² para la Smart Factory y un complejo de oficinas de 5,000 m². La Smart Factory también está diseñada para ser sostenible y se basa en energía renovable. Cuenta con un sistema fotovoltaico y el calor residual del proceso se utiliza para la calefacción. Esto representa un ahorro de casi 1,000 toneladas de CO₂ al año