Robots en máquinas-herramienta.

Robots en máquinas-herramienta.
Máxima productividad gracias a la automatización
inteligente mediante robots.
Documentación KUKA – Versión 1.0
Sinopsis
Producción más económica, rápida y segura con máquinas-herramienta automatizadas.
El grado de calidad y precisión exigido en la producción es cada vez mayor, mientras
que los plazos de entrega son cada vez más cortos. Al mismo tiempo, la probabilidad de
realizar fallos durante la producción de las piezas aumenta. Los lotes son cada vez más
pequeños y, por consiguiente, el reequipamiento de las máquinas resulta más complejo.
Y los costes salariales unitarios crecen.
En vista de la situación, ¿cómo es posible rentabilizar y aumentar la eficiencia de la producción? La subcontratación en países de menor nivel salarial está llegando a sus límites,
pues las empresas necesitan cadenas de suministro cortas, personal especializado propio
y leal para con la empresa, así como procesos de control de calidad eficientes.
Muchas de las empresas dedicadas al mecanizado con arranque de virutas podrían
ser mucho más competitivas si emplearan robots.
Existen estudios que demuestran que, en el 20 por ciento de todas las máquinas-herramienta, la automatización mediante robots mejoraría considerablemente la rentabilidad y el
rendimiento de la producción. Sin embargo, sólo una pequeña parte de este 20 por ciento
ha sido automatizada. Pues todavía existen ciertas reticencias frente al empleo de robots
que, gracias al desarrollo tecnológico, ya no tienen razón de ser.
Los robots son, a día de hoy, mucho más rentables, seguros y sencillos de lo que
se piensa en el sector. En la fabricación de herramientas y máquinas, los robots
se amortizan por lo general en menos de dos años. Desde hace años, los robots se emplean
en sectores con elevadas exigencias de seguridad, como es el caso de la técnica medicinal
donde entran en contacto directo con personas. Además, su programación y manejo se
han vuelto mucho más fáciles. Gracias al apoyo de los robots, los puestos de trabajo son
más rentables y, por tanto, más seguros.
Comprobación rápida. Las empresas dedicadas al mecanizado con arranque de virutas,
así como los usuarios de máquinas-herramienta, se preguntan: ¿Vale la pena emplear
robots en mi caso de aplicación concreto? Las exigencias de calidad, la productividad, los
costes salariales unitarios, la rapidez de suministro y la seguridad del lugar de producción
son los aspectos fundamentales a considerar. Con ayuda del cuestionario breve es posible
obtener una primera respuesta.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
p 01
Índice
Sinopsis
p 01
01
Automatización mediante robots
p 03
02
Robots a día de hoy
p 04
03
Los robots aseguran los puestos de trabajo
p 07
04
Caso práctico: Producción de componentes KR QUANTEC
con escaso personal
p 09
05
Quick-Check
p 11
06
KUKA Roboter GmbH
p 12
Producción más económica, rápida y segura con
máquinas-herramienta automatizadas.
Los robots se han vuelto todavía más rentables, eficientes y sencillos.
Los robots son rentables, seguros y fáciles de manejar.
Aumentar la productividad y asegurar los puestos de trabajo.
10% más de productividad gracias a la carga robotizada.
¿Está su producción preparada para el empleo de robots?
A nivel mundial, uno de los proveedores líder de robots industriales.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
p 02
01 Automatización mediante robots
Mayores exigencias de calidad, plazos de entrega más cortos, bajada de precios, mayor
presión competitiva: estos son los retos que deben afrontar los fabricantes de herramientas
y máquinas. ¿Existe para todo esto una solución común?
A menudo, la automatización mediante robots sería la respuesta correcta: los robots trabajan
con elevada precisión. Incluso en el caso de piezas complejas y pesadas casi no existe
desperdicio. Pueden emplearse durante las 24 horas del día sin perder absolutamente nada
de su rendimiento. En turnos completamente automatizados con apenas personal, mejoran
la utilización de la máquina y reducen los costes salariales unitarios. El potencial de los robots
es, por tanto, enorme. Sin embargo, se aprovecha poco en el sector. Pero esta tendencia está
empezando a cambiar.
Los nueve mayores retos para los usuarios de máquinas-herramienta
Crecientes exigencias de calidad
para las piezas a mecanizar
Mayor importancia
de la relación calidad-precio
Creciente complejidad
de las piezas a mecanizar
Mayor importancia de la relación
cumplimiento de plazos-precio
Mayor presión competitiva
a nivel nacional
Reducción de precios
para idénticas prestaciones
Aumento de la importancia
de los trabajos de posmecanizado
(como el montaje)
Creciente demanda de plazos
de entrega cada vez más cortos
Reducción del volumen de
pedidos/trabajos de mecanizado
con arranque de virutas
92%
60%
85%
58%
43%
65%
56%
88%
18%
Encuesta en el sector (2011): El futuro del mecanizado con arranque de virutas en Alemania. (Participantes en la encuesta: 90)
Los robots se han vuelto todavía más rentables, eficientes y sencillos. Existen estudios
independientes que demuestran que gran parte del potencial de mejora no se aprovecha.
Pues el 20 por ciento de todas las máquinas-herramienta podría emplearse con mayor
rendimiento utilizando robots. No obstante, la tasa de automatización es de tan sólo un 1,5 por
ciento.1¿A qué se debe esta actitud reservada? En numerosos sectores existen reticencias
frente al empleo de robots que, gracias al desarrollo tecnológico, ya no tienen razón de ser.
1
IFR. World Robotics Report 2012
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
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Las objeciones más frecuentes contra el empleo de robots en una máquina-herramienta:
Demasiado caros – Sin embargo la inversión en robots queda amortizada,
en la mayoría de los casos, en un plazo de dos años.
Demasiado peligrosos – Sin embargo, los robots se llevan empleando
desde hace años en sectores con elevados requisitos de seguridad.
Demasiado complicados – Sin embargo, los robots se han vuelto muy
fáciles de programar y manejar.
En las siguientes páginas encontrará información actual sobre la rentabilidad, seguridad
y comodidad de manejo de los robots. Además se muestran los efectos de la automatización
sobre los puestos de trabajo.
02 Los robots a día de hoy
Los robots son rentables. El tiempo de amortización es corto y la productividad alta. El
elevado y constante rendimiento de los robots los convierte en rentables: si bien es cierto que
una persona trabaja de manera más rápida y eficaz que un robot, lo hace tan sólo durante
los primeros 20 minutos. A partir de ahí, la concentración disminuye. Por el contrario, un
robot trabaja durante las 24 horas con la misma calidad y sin interrupciones. Sin robots, las
máquinas-herramienta obtienen un rendimiento de aproximadamente el 70 por ciento, con un
robot pueden obtener casi el cien por cien. Pues los robots no necesitan hacer pausas.
Los robots no llegarán a sustituir nunca a las personas. Sin embargo, compensando
sus puntos débiles, pueden asegurar la rentabilidad de la producción y, con ello, los puestos
de trabajo. Gracias a los robots, el traslado de la producción a países de bajo coste salarial
ha dejado de ser un opción, pues la automatización mediante robots es mucho más eficiente,
rentable y segura.
Tiempo productivo durante
la presencia de personal2
99,995 %
Horas de trabajo
anuales
0,005 %
≈100%
3,3 %
1.760
Robot
Periodos de baja3
63 % - 84 %
8.760
Aprovechamiento de la
máquina-herramienta4
≈70%
Humano
GEO/Fábrica del año 2010 (productividad de los operarios de máquinas en Alemania durante los tiempos de presencia)
DAK Informe sanitario 2011 (tiempos medios de baja por enfermedad)
4
Evaluación de un fabricante alemán de automóviles con varios cientos de robots (el robot „falta“ cada 40.000 horas y tan sólo
una media de dos horas)
2
3
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
p 04
La adquisición de una célula de robot puede fácilmente duplicar los costes de
inversión para una máquina-herramienta. No obstante, lo que cuenta es el tiempo
de amortización. Y éste queda, a menudo, por debajo de los dos años, incluso en
el caso de amplias gamas de piezas.
Lo que los robots rinden hoy en día. Los robots cargan piezas brutas en las máquinasherramienta con rapidez y precisión y retiran a continuación las piezas mecanizadas. Sin
embargo, ¿qué hacen mientras la máquina realiza el mecanizado? Cuanto más largos son
los intervalos, mayor importancia cobran las tareas adicionales que realizan:
desbarbado
carga y descarga
cambio
de herramientas
rotulado
limpieza
clasificación
Los robots son seguros. Se emplean en sectores con elevados requisitos de seguridad.
Desde hace años, ya no existen dudas sobre la seguridad durante el empleo de robots. Esto cobra
especial importancia en muchos sectores en los que existen elevados requisitos de seguridad.
Hoy en día, los robots de KUKA se emplean con total naturalidad para el transporte de
pacientes en salas de operaciones. Y el KUKA Robocoaster es el primer robot homologado
para el transporte de pasajeros que tiene el certificado TÜV de conformidad con la EN 13814
(DIN 4112). Sus componentes estructurales y sus reductores están certificados al 100%.
Funciones de seguridad en la industria. Para el empleo industrial de robots se han creado
funciones de seguridad propias. KUKA.SafeOperation, por ejemplo, se ocupa de asegurar
la limitación y supervisión de las zonas de trabajo y protección. Y la parada de servicio segura
permite la cooperación segura de hombre y máquina.
Zonas de protección contraladas con KUKA.SafeOperation
Comprobación conforme a la ISO 13849-1 (Nivel de rendimiento d – Categoría 3)
KUKA.SafeOperation crea zonas de trabajo y protección para el empleo seguro del robot.
El paquete de software y hardware asiste en la cooperación segura de hombre y máquina.
Gracias a las funciones de control, en el robot no se precisa ningún control mecánico de la
zona de los ejes. Todas las funciones pueden configurarse cómodamente.
Control de la velocidad y la aceleración en el espacio del robot
e independientemente de la zona
Consulta de la posición actual del robot
Configuración de células
Configuración de zonas de vigilancia, vallados de protección y salidas de aviso
Reducción del espacio requerido
Parada de servicio segura
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
p 05
Los robots son sencillos. Hoy en día es posible evitar esfuerzo innecesario en su
concepción, programación y control.
Las siguientes cuatro opciones demuestran cómo es posible obtener una solución de fácil
concepción, programación y control.
¿Es fácil de aprender el lenguaje de programación del robot?
Cada fabricante programa sus robots con un lenguaje propio. Esto significa: cuanto más fácil de
aprender sea este lenguaje, menor necesidad de formación existirá para el cliente. El lenguaje
de programación de los robots KUKA – el KUKA Robot Language KRL – puede aprenderse
en un par de días. Existen 30 centros de formación repartidos por todo el mundo. KUKA
también ofrece soluciones que no precisan conocimientos de ningún lenguaje específico
de robots.
¿En qué estadio se encuentra la integración de robot y máquina?
KUKA y Siemens ofrecen una interfaz de usuario única para el robot y la máquina-herramienta.
La interfaz CNC permite conmutar entre el control del robot y el de la máquina. La instalación
completa puede manejarse desde el panel de operación de la máquina-herramienta, con
el mismo lenguaje para la máquina y el robot. Ambos componentes se van integrando cada
vez más, convirtiéndose así en centros de mecanizado.
Hoy en día es posible manejar el robot y la máquina-herramienta cómodamente
desde un solo terminal a través de una interfaz de usuario homogénea.
Un entorno para integrador y usuario final: mxAutomation permite programar y manejar
la máquina-herramienta y el robot a través de las mismas herramientas de software.
Las secuencias de movimiento del robot pueden programarse en el sistema de control
Sinumerik y la configuración se realiza en el entorno Siemens S7. Así ya no es necesario
disponer de conocimientos especializados en programación y manejo de robots. La
diferencia existente de fondo entre el control de la máquina y del robot deja prácticamente
de ser perceptible para el usuario.
Para clientes con conocimientos en configuración y programación de controles PLC.
Para la configuración bastan conocimientos básicos en materia de robótica.
Biblioteca de módulos para la planificación de movimientos y secuencias del robot,
incluido el control de componentes como garra y puertas de protección.
Cómodo manejo a través del panel de operación Siemens 840D sl.
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¿Qué grado de homogeneidad presenta el entorno de desarrollo?
Gracias a la base consistente de los datos y a la guía de usuario homogénea a lo largo del
completo ciclo de vida del software, es posible reducir considerablemente el esfuerzo de
programación para las células de robot. KUKA.WorkVisual es uno de estos entornos.
Layouts de célula y programación en 3D
Cómodo manejo mediante Copy & Paste o Drag & Drop
Comprobación de la lógica
Comparación de los entornos online y offline
¿Cómo es el software en cuanto a rendimiento y facilidad de manejo?
La elección del software influye directamente en lo simple o compleja que puede resultar
la programación y el control del robot y la máquina-herramienta. Hasta el momento sólo KUKA
ofrece paquetes de software que permiten la programación y el control integrados del robot
y la máquina-herramienta: KUKA.CNC y mxAutomation.
Con KUKA.CNC y mxAutomation ya no se precisan conocimientos de un lenguaje
específico de robot.
KUKA.CNC abarca programas CNC para el control del robot. El robot se programa
directamente a través de una cadena CAD/CAM.
Los robots pueden programarse en su totalidad en código G.
Los programas pueden crearse y modificarse directamente
en el sistema de control en código ISO.
Aparte de la carga y la descarga, pueden programarse tareas
como el desbarbado, el taladrado y el fresado.
El robot se maneja a través de máscaras con las que cualquier usuario
de máquina CNC puede familiarizarse pronto.
Cambio sencillo y rápido entre control del robot y mecanizado CNC.
03 Los robots aseguran los puestos de trabajo
Aumentar la productividad y asegurar los puestos de trabajo. ¿Suponen los robots un
peligro para los puestos de trabajo? En un primer momento parece ser así. Pues, es cierto
que los robots asumen muchas de las tareas del empleado. Sin embargo, si lo contemplamos
en detalle, podemos ver claramente que, al aumentar la rentabilidad de la producción, los
robots en realidad contribuyen decisivamente a asegurar los puestos de trabajo.
Los robots asumen tareas monótonas, extenuantes y en entornos sucios. Los robots
asumen las tareas que, en caso contrario, tendrían que realizar los empleados. En muchos de
los casos, se trata de trabajos para los que las empresas a menudo no encuentran personal.
Pues a nadie le gusta realizar tareas monótonas, de gran esfuerzo físico y en entornos sucios.
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Gracias a los robots, las plantas de producción de alto nivel salarial ganan en competitividad. Sí, los robots ponen en peligro los puestos de trabajo, pero sólo si las empresas
tuvieran que trasladar los puestos de trabajo a países de bajos sueldos por no emplear robots.
Muchos encargos sólo pueden producirse de forma rentable si los costes salariales unitarios
son bajos. En tal caso, sólo existen tres opciones: la primera, no aceptar encargos. Para los
empleados no se habría ganado nada, pues se quedarían sin trabajo. La segunda, trasladar
la producción a un país de bajos costes salariales. Los empleados de la planta central serían
los perdedores. La tercera, realizar los encargos en colaboración hombre-robot. En este caso,
la empresa genera beneficios sin que se pierdan puestos de trabajo en la planta central.
Desde el punto de vista económico, ¿por qué no vale la pena trasladar la producción?
Trasladar la producción al extranjero para ahorrar costes salariales es una decisión dudosa,
ya no sólo desde el punto de vista empresarial y del cliente. También para la empresa existen
grandes desventajas: las largas cadenas logísticas pueden generar dificultades de suministro.
La calidad sólo puede controlarse con dificultad o altos costes, por no nombrar los largos
y costosos viajes que deben realizarse repetidamente. Además, la lealtad de los empleados que
se encuentran lejos es incierta y el riesgo de espionaje industrial alto. Al final, como resultado,
los costes de trasladar la producción acaban siendo más altos de lo que se ha intentado ahorrar.
La alternativa frente a despidos, el traslado o el cierre de la producción. El robot protege
los puestos de trabajo donde las empresas y los usuarios de máquinas-herramienta prefieren
ver a sus empleados: en la cercana planta central.
También en los centros de mecanizado automatizados se necesitan a los empleados. Sin
embargo, sus tareas cambian. Se vuelven más interesantes y lucrativas.
En colaboración con robots, los empleados pueden realizar muchos más pedidos. Y los pedidos
están ahí: a nivel mundial el volumen de trabajo aumenta. Sin embargo, muchos de ellos no
son rentables, sobre todo si no los asume un robot. Éste los realiza por la noche, durante un
turno con escaso personal. Al día siguiente, los empleados se ocupan de embalar y enviar los
productos fabricados. Así queda más tiempo para formarse en el manejo de robots. Lo que
resulta más gratificante que accionar día a día 320 veces la misma palanca.
Rentable internalización (insourcing) gracias a la automatización
Ventajas para la empresa
Cadena logística corta
Producción cercana al cliente
Menor número de viajes
Controles de calidad sencillos,
económicos y de ejecución segura
Alta lealtad y productividad de los
empleados
Ventajas para los empleados
Supresión de trabajos monótonos,
extenuantes y de gran suciedad
Formación de perfeccionamiento
Puestos de trabajo seguros
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
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04 Caso práctico: Producción de componentes
KR QUANTEC con escaso personal
KUKA ha automatizado la producción de componentes para robots de la serie compacta
KR QUANTEC. La productividad aumentó un diez por ciento y la inversión se amortizará
en 2,6 años o incluso mucho antes.
Para la producción de robots industriales KUKA también emplea robots. En abril de 2012,
en Augsburgo, se puso en servicio un centro de mecanizado con arranque de virutas
de Burkhardt & Weber. Aquí se mecanizan los componentes de la serie de robots KR QUANTEC.
El robot mecaniza, en alternancia, el brazo de oscilación y la columna giratoria de dos modelos
de la serie compacta KUKA KR QUANTEC. Se ocupa de cargar y descargar la máquinaherramienta con componentes de hasta 1,5 m de longitud. Durante los tiempos muertos asume
tareas de posmecanizado.
Máquina-herramienta. MCX 900 de la empresa
Burkhardt & Weber Fertigungssysteme GmbH con
sede en Reutlingen – equipada con un cambiador
de palets doble. Un palet está equipado con
dispositivos de sujeción para el brazo de oscilación,
el otro con dispositivos para la columna giratoria.
Robot. Robot KUKA KR 500 L480-3MT. Gracias
a su amplio campo de trabajo y la prolongación
del brazo, el robot puede alcanzar sin problemas
el almacén de material y el apartadero para las garras.
Unidad de control del robot. El robot se prepara,
programa y controla con el software KUKA.CNC.
De este modo es posible programar los movimientos
del robot completamente en código G. Traducir los
programas de la máquina al lenguaje del robot deja
de ser necesario. Los usuarios controlan el robot
a través de la misma interfaz de usuario que conocen
de manejar la máquina-herramienta.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
p 09
Los dispositivos de alimentación de material están dispuestos en mesas basculantes
y pueden alojar ocho piezas respectivamente. El sistema de cambio de herramientas
WWR1200 de la empresa sommer-automatic de Ettlingen está equipado con dos garras
y un husillo de mecanizado del paquete KUKA.Milling.
El robot realiza la carga y asume otras cinco tareas de posmecanizado, pudiendo
asumir aún más. Mientras se mecaniza una pieza en la máquina, el otro palet sale de
la máquina y puede ser cargado con una nueva pieza. Durante la carga y descarga el robot está equipado con una garra de manipulación. Para el modo de mecanizado, cambia
la garra por un husillo de mecanizado. Con el husillo extrae del portaherramientas la herramienta
necesaria. Existen cinco cepillos y herramientas de desbarbado distintos a disposición.
En el apartadero de herramientas, hay sitio para otras cinco herramientas con las que poder
realizar, así, tareas adicionales.
01
>>
Se suprime el
esfuerzo físico en la
orientación precisa
de la pieza.
02
<<
03
>>
Anualmente se
mecanizan 300
componentes más
que antes.
04
<<
Para el servicio
no se precisa casi
personal y los turnos
de noche están
completamente
automatizados
Los costosos
medios de sujeción
empleados durante
la carga y la descarga ya no pueden
resultar dañados por
la grúa.
Colocación de la pieza en dos minutos en vez de en 15. Antes, el usuario debía cargar las
piezas pesadas sobre la mesa de sujeción con ayuda de una grúa y colocarlas manualmente
con mucho esfuerzo en el dispositivo de fijación de la máquina. Hoy en día, basta con colocar
las piezas en los alojamientos del dispositivo de alimentación de material del robot. Así, se
reduce considerablemente el tiempo necesario para la fijación de la pieza: para lo que
el usuario antes necesitaba hasta 15 minutos, ahora el robot sólo necesita dos.
La inversión se amortiza en un plazo de 2,6 años. O incluso mucho más rápido. Pues
se ha previsto aprovechar aún más los tiempos muertos y asignar otras tareas de la máquinaherramienta al robot, como, por ejemplo, los taladros en la columna giratoria y el brazo de
oscilación. Así, el robot se vuelve más rentable.
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05 Comprobación rápida: ¿Está su producción
preparada para el empleo de robots?
El grado de automatización de las máquinas-herramienta va a aumentar. De momento
no existen muchos datos en el sector que den constancia de lo rápido que se amortizan los
costes de inversión de los robots en la fabricación de herramientas y máquinas, de lo eficaces
que son los robots y de lo fácil que pueden programarse y controlarse. No obstante, siempre
que se presentan las ventajas de la automatización, la resonancia es enorme.
Criterios de decisión. En el 20 por ciento de las máquinas-herramienta la automatización
mediante robots supondría una ventaja. ¿Las máquinas también forman parte de su propia
producción con arranque de virutas? Para ello, los siguientes criterios sirven de primera
orientación.
Si
Sí, en algunos
casos
No, nunca
¿Le urge mucho aumentar su productividad?
¿Esperan sus clientes un elevado grado de
calidad y precisión en el mecanizado?
¿Presentan las piezas a mecanizar un alto
grado de complejidad?
¿Es importante para su empresa acortar
los plazos de entrega?
¿Son los costes salariales unitarios
relativamente altos?
¿Desea eximir al personal del manejo
de tareas desagradables?
¿Desea aumentar el tiempo de servicio del husillo?
¿Es la tasa de piezas rechazadas relativamente alta?
¿Desea reducir el número de fallos de manipulación
de las piezas, así como la tasa de piezas rechazadas?
¿Desea realizar más turnos sin aumentar los
costes de personal?
¿Son los almacenes intermedios, empleados entre los
pasos de trabajo, demasiado grandes/caros?
¿Desea aumentar el atractivo de los puestos de trabajo?
¿Ha contestado a la mitad de estas preguntas con „sí“ o „sí, en algunos casos“? Entonces vale la pena analizar en detalle los costes y las ventajas de la automatización mediante
robots, incluso en el caso de lotes pequeños. Concierte una cita con un experto de KUKA
y éste le asesorará gustosamente sobre lo que tiene que tener en cuenta en su situación
concreta.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
p 11
06 KUKA Roboter GmbH
Sistemas robotizados para empresas dedicadas al mecanizado con arranque de virutas
y usuarios de máquinas-herramienta. KUKA ofrece soluciones todo en uno para la automatización de máquinas-herramienta, desde robots y sistemas de control hasta paquetes de
funciones y tecnologías.
Robots & Controller
KUKA
Asesoramiento &
Ingeniería
KUKA
College
Servicio de
Asistencia Técnica
KUKA
Refurbishment
KUKA Roboter GmbH con sede en Augsburgo, es una empresa de la sociedad anónima
KUKA y uno de los más importantes fabricantes de robots industriales de todo el mundo. Sus
principales competencias son el desarrollo, la producción y la venta de robots industriales,
unidades de control y software. Es líder del mercado en Alemania y Europa, y ocupa el tercer
puesto a nivel mundial. KUKA Roboter GmbH cuenta con unos 3.464 empleados repartidos
por todo el mundo. La facturación anual en 2013 ascendió a 754,1 millones de euros. La
empresa cuenta con 26 filiales en los mercados más importantes de Europa, América y Asia.
Autor
Andreas Schuhbauer
Key Technology Management WZM
KUKA Roboter GmbH
Hery Park 3000
86368 Gersthofen
Tel: +49 821 4533 2812
Móvil : +49 173 380 2366
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www.kuka-robotics.com
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