Aquest article ha estat escrit originalment en castellà. L'hem traduït automàticament per a la vostra comoditat. Tot i que hem fet esforços raonables per a aconseguir una traducció precisa, cap traducció automática és perfecta ni tampoc pretén substituir-ne una d'humana. El text original de l'article en castellà podeu veure'l a La automatización como herramienta para mantener la competitividad

Ver más artículos sobre: De la Emo a la Biemh

Tres projectes alemanys exploren formes per augmentar la productivitat

L'automatització com a eina per mantenir la competitivitat

Redacció MU15/01/2006

Aquelles empreses que no desitgin reubicar la seva producció a països amb baixos costos de mà d'obra hauran automatitzar certes operacions manuals i optimitzar altres processos que generen poc valor. En el simposi titulat "Màquines eines avançades per a la producció del demà", que va tenir lloc a la fira EMO Hannover 2005, es van presentar tres projectes d'investigació d'orientació pràctica, que constitueixen altres tants punts de partida sobre la manera d'augmentar la productivitat en els centres de producció alemanys.

Manfred Dresselhaus de Reis Robotics: &quote;En estreta col·laboració amb fabricants de components, tractem d'obtenir una major precisió&quote;...

Manfred Dresselhaus de Reis Robotics: "En estreta col·laboració amb fabricants de components, tractem d'obtenir una major precisió".

Jörg-Michael Nussbaum de Cross Hüller: "El projecte HarWeST té com a objecte retallar els costos en les sèries de producció de peces cúbiques"

Polar, Advocut i HarWeST són els noms dels projectes de recerca-promoguts pel BMBF (Ministeri Federal d'Educació i Investigació alemany) - presentats sota l'epígraf de "Noves màquines eines", que s'enquadra dins de la "Investigació per a la producció del demà ". Amb el títol" Automatització ", aquests tres projectes exploren diferents maneres de mantenir la competitivitat en els centres de producció d'Alemanya. En el projecte Polar, els participants estan treballant en un sistema d'aplicació industrial per al polit de superfícies tridimensionals mitjançant feixos de làser, l'objectiu consisteix a automatitzar una feina que fins ara es ve portant a terme manualment. Per la seva banda, la meta de Advocut és crear una màquina eina basada en un robot industrial, capaç de dur a terme treballs-fins ara manuals-de desbarbat i algunes operacions de tall amb requisits de precisió poc exigents. HarWeST té un plantejament una mica diferent: aquest projecte es centra en la creació d'una planta de producció completa, amb l'objectiu de dissenyar interconnexions intel ligents entre les màquines eines, la manipulació i altres components inclosos en el procés, el resultat seria una automatització optimitzada i , en darrer terme, tot un sistema optimitzat.

Diverses empreses industrials i instituts d'ensenyament superior porten des de la tardor del 2003 treballant en la creació d'aplicacions pràctiques dins d'aquests tres projectes, amb la supervisió i el finançament de la divisió de tecnologies de producció i fabricació (PFT) del centre de recerca PTKA de Karlsruhe.

Les aplicacions potencials del polit mitjançant làser són materials porosos que poden oferir superfícies sense defectes, aplicacions prometedores per a implants i construcció de motlles.

En el projecte interdisciplinari Advocut, empreses, universitats i instituts treballen de forma conjunta combinant un concepte d'integració de les màquines-eina amb els robots.

El polit mitjançant feix de làser substitueix i perfecciona un treball manual tediós

En la producció industrial, les tasques d'acabat solen concretar-se en una activitat de polit manual: en la construcció d'eines i motlles, en la fabricació de màquines en general, en la indústria de l'automoció, al sector d'enginyeria mèdica, en els rams farmacèutic, alimentari i biotecnològic i en les indústries de productes domèstics. Aquest treball consumeix temps i recursos valuosos, encara que es compti amb l'assistència d'equips elèctrics i pneumàtics. Per exemple, el polit manual de motlles d'injecció té una durada d'entre 10 i 30 minuts per centímetres quadrats. Els mètodes de polit mecanitzat només han aconseguit implantar parcialment en el sector: els resultats que ofereixen són, sovint, poc satisfactoris i no poden aplicar-se en absolut a moltes geometries tridimensionals complexes.

El polit mitjançant feix de làser obre noves perspectives per a l'obtenció de superfícies metàl·liques altament polides. Aquest mètode, totalment nou, consisteix en fondre una fina capa superficial de menys de 100 micres de gruix amb fins de polit. La capa fosa s'allisa per efecte de la tensió superficial, sense intervenció d'ajudes mecàniques. No obstant això, no hi ha cap màquina eina que pugui utilitzar industrialment per al polit mitjançant feix de làser, de manera que el projecte de recerca Polar té l'objectiu de desenvolupar i construir una. Rüdiger Gnann, de l'empresa coordinadora Karl H. Arnold Maschinenfabrik, situada a Ravensburg, té les idea molt clares: "[El polit mitjançant feix de làser] és un mètod'universal per generar superfícies en l'escala del nanòmetre. Amb un dit pots sentir la rugositat d'una superfície de dues o tres micròmetres, però, les superfícies polides amb làser són totalment llises i són ideals per a aplicacions en el sector mèdic o alimentari, per tal d'evitar l'aparició de bacteris o organismes similars a la superfície ".

Centre de mecanitzat de cinc eixos convencional equipat amb una font de feix de làser i instruments òptics

Juntament amb Steffens und Fohn NC-Systemtechnik GbR, de Herzogenrath, EdgeWave GmbH i el Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT), ambdós situats a Aquisgrà, Arnold Maschinenfabrik està treballant en la fabricació d'un sistema de polit làser per a aplicacions industrials. L'eina té com a base un centre de mecanitzat de cinc eixos convencional, fabricat per Hermle, que en lloc de presentar un cargol de fresat utilitza una font de feix de làser i instruments òptics de mecanitzat, situats a la caixa de la claveguera o en l'eix z. A diferència de l'eix, aquests dos components poden desplaçar-se linealment en les direccions x, y, z. Les peces de treball poden girar al voltant de dos eixos.

El polit amb feix de làser imposa una sèrie de requisits sobre la font, de manera que en el projecte s'està treballant en la creació d'una font de feix de làser apropiada tant per al escalabornat com per a la mecanització fi en les dues etapes del procés de polit. Així mateix, per a les operacions amb màquines eines automatitzades, s'està ampliant el programari de control de la màquina bàsica per dirigir la font de feix de làser, els instruments òptics de mecanitzat, el subministrament de gas del procés i el control del mateix.

Per demostrar la independència del fabricant i la transferència dels mètodes creats, els participants del projecte s'implementaran els seus desenvolupaments per a dues famílies de peces diferents.

Amb el feix de làser es poden polir fins i tot les superfícies poroses

El ILT, situat a Aquisgrà, té en aquests moments el primer prototip d'aquesta màquina, els resultats s'han d'aplicar aviat a altres màquines, explica Rüdiger Gnann: "Amb la nova màquina eina s'aconsegueix reduir el temps i els costos de producció. I no només això: la reproductibilitat i la qualitat són millors. En vista de tot això, aviat li sortiran compradors a aquesta màquina ". A més, estan sorgint diversos nous camps d'aplicació en què no es podia utilitzar el polit mecanitzat, per exemple, en el polit de materials porosos, com els motlles de precisió i els motlles d'injecció de metall. El polit mitjançant màquines d'arrencada d'encenalls pot deixar al descobert els porus i, per tant, provocar defectes superficials. El material fos que es diposita en el polit amb feix de làser segella aquests porus i permet crear unes superfícies sense defectes.

Un auxiliar de baix cost: el robot com a màquina eina

Hi ha altres tasques de producció que encara es continuen fent manualment perquè, simplement, no existeix una màquina eina adequada (és a dir, adequada des del punt de vista tècnic i econòmic). Així doncs, les operacions de desbarbat de complexos motlles d'encunyació i la fabricació de compostos de fibra sintètica, per exemple, es continuen fent manualment i requereixen molta mà d'obra. Una màquina eina flexible i de baix cost, que pogués realitzar de forma econòmica aquestes tasques tan costoses i que requereixen tant personal, tindria una gran acceptació en el mercat.

L'objectiu del projecte interdisciplinari Advocut és precisament el desenvolupament d'una màquina eina d'aquesta índole. Algunes empreses industrials i institucions universitàries estan treballant conjuntament per combinar en una màquina eina completament nova i altament integrada les avantatges d'un robot, pel que fa a la flexibilitat i els costos, amb les qualitats de precisió i mecanitzat que ofereixen les màquines eines convencionals . L'objectiu és dissenyar i crear un procés cinemàtic, quasi robòtic, de producció en cadena, equipat amb un eix motor d'alta freqüència integrat i sensors i controladors adaptats

Creació de sensors, actuadors i components conjunts per a una major precisió

D'acord amb Manfred Dresselhaus, coordinador de projectes de Reis Robotics, fabricant de components robòtics amb seu a Obernburg, el major repte està en la precisió: "Normalment, un robot et pot donar una precisió repetida d'unes poques centèsimes de mil·límetre. Un robot no presenta, ni de lluny, la rigidesa d'una fresadora, les forces que genera una fresadora amb cargol, per exemple, afecten la precisió. Estem intentant anular o minimitzar aquests efectes negatius en un projecte desenvolupat en estreta col·laboració amb diversos fabricants de components ". Com a punt de partida s'està treballant en els servomotors que hi ha a les juntes, que han d'oferir una regulació d'alta precisió. Així mateix, els treballs també s'estan centrant en la claveguera i les eines emprades en el procés. Les forces de tall d'aquests elements s'han de situar en els nivells més baixos possibles si volem que els seus efectes negatius es redueixin al màxim.

Els participants estan convençuts de l'èxit del projecte: per això, el procés inclou el traspàs de les competències principals als diferents col·laboradors en el projecte, el desenvolupament d'elements cinemàtics i mòduls de cargol motor integrats, la introducció de sensors i actuadors tant en l'eix motor com en tots els elements cinemàtics, i el desenvolupament iteratiu de cada un dels components per al perfeccionament de tot el sistema. L'any passat ja es va presentar una màquina de demostració que s'està perfeccionant en aquests moments a l'institut PTW, a Darmstadt. Malgrat tot, és poc probable que està màquina de demostració pugui presentar a la fira EMO Hannover 2005. Abans del simposi, però, es duran a terme una sèrie de mesuraments i proves, els resultats donaran una idea clara del que aquesta nova màquina eina "quasi robòtica" podrà oferir a l'usuari final.

HarWeST: acceleració i optimització de processos costosos de valor zero

HarWeST és el nom amb què s'ha batejat a les màquines eines compatibles amb la manipulació que s'estan dissenyant per a la producció de peces cúbiques en sèrie. Aquest projecte té com a objectiu desenvolupar un procés en cadena per dur a terme les operacions de tall, mitjançant la incorporació d'elements harmonitzats i coordinats. Encara que els fabricants de màquines eines i dispositius perifèrics s'han anat perfeccionant els seus productes pel que fa als costos, el temps i la disponibilitat durant els últims anys, en la majoria dels casos han passat per alt l'optimització general de tota la cadena de processos que integren els sistemes de fabricació. El doctor en Enginyeria Jörg-Michael Nussbaum, del departament de desenvolupament de sistemes àgils de l'empresa Cross Hüller GMBH, amb seu a Ludwigsburg, és el responsable de la coordinació del projecte. Nussbaum explica quin és l'objectiu: "La nostra meta amb el projecte HarWeST és reduir els costos per peça en els processos de producció en cadena de peces cúbiques, com per exemple blocs motor, etc. A més, es pretén millorar la flexibilitat de la posada en marxa, modificació i substitució d'eines en tot el sistema dins de les instal·lacions del client. En els últims anys, les millores en el sector de maquinària han ajudat a reduir considerablement els costos de producció directes, per això, ara ens estem centrant en les àrees de manipulació i transport que, encara que resulten necessàries, no contribueixen a la creació de valor. Avui dia, els costos de manipulació representen entre un 30 i un 40 per cent de tots els costos d'inversió d'un sistema de producció flexible. Aquesta àrea presenta, per tant, un enorme potencial de millora ".

Interoperabilitat entre els components d'unió, fixació i alimentació independents d'una màquina

La creació d'un sistema de producció compatible amb la manipulació requereix el urgent desenvolupament integrat de les interconnexions entre la màquina eina i cada un dels components perifèrics. En aquest procés són de vital importància les màquines d'unió, fixació i alimentació: aquests elements tenen funcions totalment independents, però que han d'interactuar més enllà del component anterior i dels límits del sistema. Amb aquest projecte es va crear un configurador que podrà usar-se per planificar i optimitzar l'estructura del sistema i la distribució de les funcions de la màquina eina i els elements d'unió, fixació i alimentació.

Amb l'objectiu de demostrar als fabricants la independència i capacitat de transferència dels mètodes que han creat, els participants en el projecte van a portar els seus dissenys a la pràctica i van a aplicar-los a dos tipus de peces. D'una banda, se sotmetrà a diferents peces relativament petites a una sèrie de complexos processos de mecanitzat, en els quals es treballi amb ángulos sòlids i zones irregulars, d'altra banda, es duran a terme complicats processos de mecanitzat de diverses peces cúbiques de grans dimensions, com la perforació de forats molt profunds. Nussbaum ressalta la necessitat d'aquests avenços: "En el projecte es desenvolupen els mètodes generals aplicables a una màquina eina i tots els seus components, però només es pot comprovar si s'obté la rendibilitat econòmica exigida amb aplicacions reals".

Projectes de "automatització" i empreses participants