Soluciones para la automatización del empacado, la eficiencia global del equipo es la clave

Los fabricantes de productos de consumo empacados (Consumer Packaged Goods, CPG, por sus siglas en inglés) se enfrentan a una serie de retos difíciles. La capacidad del fabricante de reducir el costo por unidad del empaque al mismo tiempo que mantiene la flexibilidad para innovar e integrar nuevas soluciones de empacado es crucial para el éxito final y la rentabilidad de su producto. La capacidad de un equipo de ingenieros para tomar un concepto de empaque ideado por el mercadeo y aplicarlo rápidamente (utilizando la maquinaria existente sin sacrificar la tasa de proyección del producto) puede significar la diferencia entre el éxito y el fracaso de un producto.

Los nuevos requisitos en los puntos de venta de productos de consumo están impulsando las innovaciones del empacado por parte de los fabricantes. Los minoristas están evolucionando, lo que resulta en la necesidad de soluciones más personalizadas. Con el fin de competir en el mercado altamente competitivo de hoy, los minoristas se han visto obligados a reducir el espacio de almacenaje y, como resultado, los gastos generales se vuelven costosos. El inventario a mano tiene que pasar del muelle de carga del minorista a sus estantes tan rápida y eficientemente como sea posible. Los empaques listos para la venta al detal y las paletas personalizadas que contienen diferentes variedades de productos son ejemplos de las soluciones que pueden ayudar a que el minorista continúe siendo competitivo.

Las exigencias de los consumidores de hoy en día también impulsan la innovación del fabricante de bienes de consumo. Las tendencias de compra varían en función de la edad y la condición social y económica de los consumidores. Es poco probable que un joven de 17 años de edad compre una crema de dientes comercializada para una persona mayor, aunque el producto real sea  idéntico para ambos consumidores. Los fabricantes a veces empacan el mismo producto de tres o cuatro maneras diferentes, cada uno dirigido a un segmento muy específico del mercado de consumo. Los consumidores de múltiples grupos de edad y segmentos están exigiendo productos orgánicos con vidas útiles mucho más cortas en el anaquel. Esto aumenta considerablemente la importancia de llevar el producto de la línea de fabricación al consumidor lo más rápidamente posible. Muchos consumidores exigen materiales de empaque sostenibles y eco-amigables. Estos tipos de materiales pueden ser más delgados, más suaves y más frágiles, lo que crea nuevos retos para el fabricante.

Para alcanzar el éxito en el mercado de consumo actual los fabricantes deben abordar estos requisitos, manteniendo un costo razonable para su producto. Los avances en la automatización, en los últimos 25 años, han permitido que los fabricantes sean muy eficientes en la producción en masa de un producto en particular. La introducción de nuevos requerimientos de personalización ha tenido un efecto significativo en la eficiencia global de la producción. Como resultado, muchos fabricantes están invirtiendo fuertemente para mejorar la eficiencia global de la producción de su línea de empacado. La eficiencia global del equipo (Overall Equipment Efficiency, OEE, por su sigla en inglés), es una medida cuantitativa que toma en cuenta todo lo siguiente:

• Rendimiento: la relación de la tasa de ejecución real / tasa de ejecución ideal
• Calidad: la relación de unidades buenas / unidades totales
• Disponibilidad de máquina: la relación entre el tiempo en operatividad / tiempo de producción planificado

Este cálculo de la eficiencia global del equipo se puede utilizar como una foto instantánea de la eficacia de una línea completa de empacado. El enfoque tradicional para la optimización de la OEE en una línea de empacado consiste en utilizar un modelo basado en un controlador lógico programable (Programmable Logic Controller, PLC, por sus siglas en inglés), desde un único proveedor de automatización fuente. Este enfoque se centra en gran medida en el mantenimiento intentando  limitar el tiempo de inactividad.

Una alternativa y un enfoque potencialmente más exitoso se basa en un modelo centrado en el movimiento con un enfoque en el resultado productivo. La clave no es sólo centrarse en mantener la máquina funcionando, lo que afecta directamente la variable de disponibilidad de la máquina en la OEE, sino hacer frente a la totalidad de variables de la OEE con una solución centrada en el movimiento lo suficientemente flexible para permitir innovaciones en el empacado.

Rendimiento
A menudo el rendimiento de una línea de empacado depende de la solución de control de movimiento. El procesamiento de la línea de empacado es una pieza crítica en el rendimiento general de la línea. El rendimiento de cada proceso individual puede verse afectado por la capacidad de la solución de control de movimiento específica elegida.

Algunos de los más sofisticados controles de movimiento electrónicos emplean algoritmos avanzados de servo que ayudan a la disminución del tiempo de estabilización (settling time) de los movimientos discretos de la máquina. Incluso una pequeña disminución en el tiempo de estabilización de cada movimiento discreto de la máquina en un ciclo de producción puede resultar en una reducción significativa de la totalidad del tiempo del ciclo de producción. En última instancia, esto lleva a que un mayor número de unidades sean enviadas por hora y una baja general en el costo por unidad.

La eficiencia de los cambios de la máquina también afecta el rendimiento general y, en consecuencia, el rendimiento global de una línea de empacado. Los cambios de la máquina se simplifican drásticamente a través del uso de la robótica. Los procesos típicos al final de la línea de fabricación (recolección, empacado y paletizado) tienden a tener una gran cantidad de variabilidad debido a las diferencias en las necesidades del cliente. Los robots industriales están inherentemente diseñados para la flexibilidad y se ajustan perfectamente a este tipo de aplicaciones. Mediante la eliminación de equipos de automatización rígida a favor de la robótica personalizada, el fabricante tiene una gama prácticamente ilimitada de soluciones de aplicación a su disposición. El rendimiento óptimo se logra a través de la capacidad de cambio rápido de la robótica.

Calidad
Yaskawa America ha desarrollado una variedad de bibliotecas de código reutilizables, llamados cajas de herramientas (application toolboxes) para sus controladores. Estas cajas de herramientas se pueden cargar en los programas como bibliotecas de usuario, para formar la base de una solución completa y personalizada. También ahorran tiempo de los desarrolladores que, de otra manera, tendrían que empezar a programar desde cero.

Un servidor OPC integrado se puede utilizar para transmitir grandes conjuntos de datos para miles de recetas individuales al controlador a través del protocolo de comunicaciones HTTP. Esto permite que los fabricantes de bienes de consumo empacados gestionen con eficacia miles de unidades de mantenimiento de inventario, SKU (Stock Keeping Units, SKU, por sus siglas en inglés). Estos grandes conjuntos de datos, cada uno compuesto de miles de puntos son gestionados por acción de leva y cajas de herramientas cinemáticas específicas para aplicaciones típicas del empacado. Estas cajas de herramientas agilizan la implementación de perfiles complejos de la máquina en movimiento con un trazado de movimiento resultante extremadamente suave y eficiente.

En última instancia, todo esto resulta en un mayor rendimiento y en un menor desgaste de los componentes mecánicos de la máquina. Esta funcionalidad contribuye tanto a la calidad general del producto empacado como a la disminución del costo general por unidad.

Disponibilidad de máquina
La disponibilidad de la máquina se puede mejorar en gran medida simplemente por la especificación de los componentes de la máquina que no fallan. Yaskawa realizó recientemente un estudio interno para determinar la tasa de fracaso de la caja durante un período de tiempo en el que fueron despachados 100 000 motores. Algunos fabricantes de motores establecen metas de tasa de fracaso en torno al 0,5% (que en este caso sería de 500 motores). De los 100 000 motores que Yaskawa envió, 7 regresaron para reparación por garantía.

La flexibilidad de la solución de automatización también puede afectar la disponibilidad de la máquina. Como se mencionó antes, los requisitos de empaques personalizados y las corridas de fabricación más cortas se están convirtiendo en la norma para los fabricantes de bienes de consumo hoy en día. Los tiempos de conmutación entre las corridas de producción pueden afectar significativamente la eficiencia global de la línea. Los robots industriales se prestan a este tipo de flexibilidad necesaria. Ellos tienen la capacidad de pasar de un trabajo a otro con sólo un cambio de programa. El ajuste mecánico y la configuración de la máquina se pueden evitar casi por completo en este escenario.

El darle al gerente de producción la capacidad de supervisar su línea de producción desde cualquier lugar y en cualquier momento, puede ser un factor clave en el aumento del tiempo de actividad. Los controladores de la máquina con un servidor web integrado ofrecen acceso en tiempo real al estado y diagnóstico desde cualquier dispositivo que tenga acceso a internet. Esto proporciona al usuario la capacidad de cargar modificaciones o mejoras en el programa de control de una máquina (desde el fabricante o integrador de la máquina), sin tener que adquirir ni controlar ningún software de desarrollo.

Actualmente, muchos productos de automatización vienen equipados con  herramientas de mantenimiento preventivo internos. Las variables de frecuencia están diseñadas con ‘monitores de vida’ que, de forma proactiva, proporcionan al equipo de mantenimiento la información que le ayudará a evitar el tiempo de inactividad. La unidad envía las notificaciones y las advertencias cuando los componentes consumibles, como ventiladores de refrigeración, condensadores del bus de DC, relés de irrupción y los IGBT se estén acercando al final de su vida útil prevista, de modo que puedan ser reemplazados durante la operación antes de presentar una falla.

Monitorear todas las variables individuales que comprende el cálculo OEE de una manera consistente y repetible puede ser, a veces, tan importante como el trabajo realizado para mejorar el proceso de fabricación. En cuanto a las cajas de herramientas, Yaskawa ha desarrollado la caja de herramientas PackML, diseñada para ayudar a que los usuarios finales de empacado puedan gestionar y medir la eficacia de su línea de empacado. Este desarrollo consta de una plantilla de proyecto PackML y una caja de herramientas que contiene el código básico para utilizar el diagrama de estado de la máquina PackML.

Usando esta arquitectura de código de máquina estandarizada a nivel mundial, ayuda a que el usuario final reduzca la cantidad de tiempo y los gastos involucrados en la integración de máquinas de diferentes proveedores en una sola línea de producción cohesiva. La utilización de la caja de herramientas PackML también simplifica el proceso de recopilación de datos para la medición del OEE.

El resultado
Con mucha frecuencia el cuello de botella de la OEE está directamente relacionado con la solución de automatización que se ha implementado en la máquina o en la línea de empacado. Este cuello de botella de la automatización puede no sólo impedir la capacidad del usuario final para aumentar la eficacia de la línea de fabricación, sino también limitar su capacidad para implementar nuevos diseños de empaques. Por lo tanto, es de suma importancia trabajar con un proveedor de automatización que tenga experiencia de trabajo con usuarios finales de empacado para resolver los cuellos de botella en la eficiencia global del equipo.

Este  artículo viene de la revista impresa con el código 0115AUTOMATIZACIÓN.