Esta historia es sobre nosotros. Rockwell Automation, Inc. es una empresa líder a nivel global en automatización industrial y transformación digital. Conectamos la imaginación de las personas con el potencial de la tecnología para expandir lo que es humanamente posible.
- Identificar la degradación del rendimiento del proceso debido al desgaste del equipo de herramientas antes de que provoque interrupciones en la producción
- Detección temprana de un artículo desgastado de hasta 30-60 días
- Tasa de fallo mejorada hasta en hasta un 22 %
- Ahorro de $45 000 en reducción de mano de obra
- Los ingresos de 9 millones de dólares se obtuvieron más rápido
¿Cuál es la ventaja de tener un neumático pinchado? Por lo general, se nota inmediatamente del problema. Aparece una luz de advertencia en el tablero o siente una diferencia cuando conduce. Usted repara o reemplaza el neumático y continúa conduciendo sin problemas. El problema permanece aislado al neumático.
Este no es el caso de muchos procesos de fabricación. A menudo, cuando una pieza de herramientas comienza a desgastarse, los operadores no son conscientes de que se necesita intervención hasta que se produce una interrupción mayor en el proceso. Esto podría significar que partes adicionales de la línea están sujetas a interrupciones. El producto en la línea puede resultar con daños. La producción puede detenerse.
Si los operadores hubieran podido identificar el problema individual antes, se podrían haber tomado medidas. En cambio, el fabricante incurre en tiempo improductivo, desechos de materiales y pérdida de producción.
Rockwell Automation, en concreto el arquitecto de software Kai Lin, y los ingenieros de procesos de PBCA Miki Cvijetinovic y Gregory Vance, sabían que esto presentaba un problema para nuestros clientes y decidieron hacer algo al respecto. Probaron una solución piloto en la planta de fabricación de Rockwell Automation en Twinsburg, Ohio.
Reto
He aquí un resumen de lo que implican nuestras operaciones de ensamblaje electrónico en las instalaciones de Rockwell Automation:
- 4000 diseños únicos de tarjetas de circuitos producidos por año
- 9 millones de componentes colocados al día
- 23 millones de juntas de soldadura formadas por día
- 14 000 paneles producidos al día
Nuestra ubicación en Twinsburg tiene 8 líneas de fabricación. Twinsburg es una instalación de producción de gran tamaño y, como todas las instalaciones, hay muchos procesos que podrían afectar la producción. Para nuestro proyecto piloto, decidimos centrarnos en el proceso de impresión de plantillas.
Comprensión del problema
Una lámina metálica de plantilla tiene aberturas grabadas con láser, bajo las cuales se acopla una tarjeta de circuitos. Luego, una cuchilla de la escobilla de goma empuja la pasta de soldadura desde la parte frontal hacia la parte posterior de la plantilla, rellenando las aberturas con pasta de soldadura que se depositará y se pegará a la tarjeta de circuitos. Al final de la pasada, la tarjeta de circuitos se transfiere y luego se inspecciona. La siguiente tarjeta de circuitos se imprime en dirección opuesta con una diferente cuchilla de escobilla de goma. Cada parte de este proceso genera datos de rendimiento.
Más complejo de lo que parece
Como cualquier proceso de fabricación que parece simple, existen complejidades ocultas. En primer lugar, el proceso de impresión de plantillas es complejo y cuenta con muchas variables independientes. Esto dificulta que el personal de asistencia técnica detecte el desgaste o el rendimiento deteriorado de las plantillas y las escobillas, especialmente cuando ese desgaste es difícil de ver a simple vista. Además, el inicio del proceso y las largas pausas durante este cambian la eficacia de la transferencia de pasta, lo que dificulta el análisis del desgaste a largo plazo de las herramientas.
Además, las plantillas que son más delgadas o tienen revestimientos especiales presentan diferentes vidas útiles, lo que crea aún más imprevisibilidad en el desgaste que ocurre. Y aunque cada paso del proceso genera datos de rendimiento, el personal de asistencia técnica no puede recopilar y analizar esta gran cantidad de datos, IT, OT e ingeniería, en tiempo real.
El personal de asistencia técnica necesitaba una mejor manera de recopilar y analizar datos de rendimiento en tiempo real sobre sus equipos y recibir alertas inmediatas respecto de cualquier anomalía o daño en los equipos. Este fue el caso de uso perfecto para nuestro algoritmo de detección de anomalías, cuyo cálculo se podía estimar y mostrar mediante FactoryTalk® DataMosaix™ segundos después de la inspección de la impresión.
Solución
Nuestros ingenieros de proyectos y equipos de software adoptaron un enfoque algorítmico ante este desafío. Crearon un algoritmo patentado de detección de anomalías, propiedad de Rockwell Automation, que monitorea las herramientas durante el proceso de impresión de plantillas y envía datos de rendimiento al personal de asistencia técnica. Posteriormente, implementaron notificaciones sobre ese algoritmo para que el personal de la planta pudiera recibir alertas inmediatas sobre las anomalías sin tener que realizar un tedioso análisis post hoc.
Se necesitan tags y sensores
En primer lugar, el equipo de ingeniería agregó tags de identificación mediante radiofrecuencia a cada una de nuestras plantillas y cuchillas de la escobilla, junto con un sensor para detectar la dirección en la que se movía el brazo. El equipo recopiló los datos y los vinculó con los números de serie de las tarjetas de circuitos impresos que ingresaron a las máquinas capturadas por un controlador lógico programable (PLC) existente. También vincularon los datos a la plantilla y la escobilla de goma correspondientes para obtener los datos de rendimiento sobre anomalías, defectos e inspección de pasta de soldadura.
Recolección y contextualización de datos más sofisticadas
A continuación, recurrimos a FactoryTalk DataMosaix, una aplicación SaaS diseñada para incorporar grandes volúmenes de datos sin procesar de diversas fuentes, contextualizarlos en una sola plataforma y hacer que sean útiles para las aplicaciones utilizadas por los equipos de gestión de operaciones.
¿Por qué se seleccionó FactoryTalk DataMosaix para este proyecto? Las herramientas de BI típicas no proporcionaban suficiente modelado de relaciones de datos junto con la capacidad de realizar esta contextualización en tiempo real. Power BI, por ejemplo, exigía que una persona realizara el análisis manualmente.
Para la planta de Twinsburg, este análisis se realizó con una frecuencia mensual. Con FactoryTalk DataMosaix, el análisis se podía realizar en tiempo real, un requisito para que el personal de la planta recibiera notificaciones inmediatas sobre anomalías en el rendimiento.
Además, FactoryTalk DataMosaix realiza un seguimiento de todo el ciclo de vida de las cuchillas de la escobilla y las plantillas a medida que se desplazan por la planta. Normalmente, cuando se usa una plantilla en una línea, se realiza un seguimiento de sus datos. Cuando se devuelve y se coloca en otra línea más tarde, no se consideran los datos que hablan del tiempo de ejecución y rendimiento pasados de la plantilla, lo que aumenta la probabilidad de que el personal pueda pasar por alto posibles problemas de rendimiento.
Mediante FactoryTalk DataMosaix, trazamos los datos en un gráfico que identificaba el riesgo de fallo del equipo. Este método analítico es una “forma muy elegante de observar el rendimiento de la línea”, afirma Kai Lin, arquitecto de software de Rockwell Automation. “Realmente habla de si la línea está mejorando o empeorando”.
Alertas en tiempo real en Teams
Por último, el equipo creó un canal en Microsoft Teams al que cualquier persona de la planta podía suscribirse y en donde recibir notificaciones en tiempo real de anomalías o defectos del equipo. Las alertas podrían haberse generado de diversas maneras. Nuestro equipo decidió utilizar Microsoft Teams porque es el sistema empresarial que el equipo ya tenía en uso.
Así es como funcionaba el proceso. Cuando la máquina de inspección de pasta de soldadura detectaba un problema con una tarjeta de circuitos, el operador tenía que comprobarlo o limpiarlo manualmente, lo que daba lugar a retrasos o posibles errores de juicio. Hoy en día, al monitorear el rendimiento del equipo de herramientas, es decir, escobillas y plantillas, el algoritmo activa alertas para tasas de fallos inusualmente altas de las tarjetas, lo que hace que los operadores se detengan e investiguen el problema de inmediato.
Gracias a la solución implementada, los operadores pueden identificar rápidamente el equipo que causa los fallos, mientras que anteriormente la naturaleza del entorno de producción dificultaba la identificación de la raíz del problema.
Había llegado el momento de ver si la solución funcionaba. La planta comenzó a funcionar con el proyecto del algoritmo FactoryTalk DataMosaix y Microsoft Teams a finales de 2023 y recolectó datos durante unos 70 días.
Resultado
Reducción de inspecciones fallidas
Hubo varios casos en los que el equipo de ingeniería y el personal de la planta recibieron una notificación sobre una anomalía o defecto de la plantilla y pudieron reaccionar en consecuencia. En lugar de esperar a que se produjera un fallo (o de reemplazar las plantillas en función de una fecha calendario, generando un gasto innecesario), el algoritmo advertía a los operadores con 30 a 60 días de anticipación sobre el fallo de la plantilla. Y después de reemplazar o reparar la plantilla dañada en cada caso, la tasa de fallos mejoró en un 22 %.
Mayor productividad del operador
Además, los operadores de las máquinas se hicieron más productivos, ya que el personal de asistencia técnica recibía una alerta sobre los problemas de la plantilla antes de que afectaran al resto de la línea de producción. Además, tenían datos significativos con los que trabajar, y los operadores tenían menos distracción y podían ser más eficientes.
ROI para Twinsburg y más allá
Después de una evaluación de cuatro meses en nuestra instalación de Twinsburg, calculamos que el ahorro anual de mano de obra era mucho mayor que los costos, con un retorno de la inversión de aproximadamente el 200 %. Con casos de uso adicionales planificados, confiamos en que el ROI de FactoryTalk DataMosaix aumentará aún más, lo que justifica este gasto anual.
Interrupción de ingresos
Por último, la mejora de la tasa de fallos y la maximización de la productividad se corresponden con ganancias de ingresos. Específicamente, esto permitió a la planta obtener ingresos por valor de 9 millones de dólares estadounidense más rápido debido a una menor interrupción.
El futuro es brillante... Y productivo
¿Qué depara el futuro para el algoritmo y la integración de FactoryTalk DataMosaix? Los equipos de ingeniería y software están trabajando para implementarlo a escala en Twinsburg, así como en nuestras plantas en Mequon, Monterrey y Singapur. También estamos buscando otras aplicaciones de esta solución dentro de nuestras propias operaciones.
Puesto que Rockwell Automation es el propietario del algoritmo, los casos de uso para nuestros clientes son realmente interminables. Como dice Kai Lin: “Cuando se piensa en lo que proporciona el algoritmo, entonces, al correlacionarlo con el monitoreo del rendimiento de las herramientas en el proceso, veo una amplia aplicabilidad en la fabricación discreta”.
Publicado 26 de junio de 2024