Casos de éxito
La funcionalidad de apilamiento de alta densidad impulsa la productividad en la producción de piezas 3D de uso final en Decathlon
Producto: Figure 4
Industria: Productos de Consumo y Venta
Decathlon, el mayor minorista de artículos deportivos del mundo, está utilizando la plataforma de alta velocidad Figure 4 y la nueva función de apilamiento del software 3D Sprint® de 3D Systems para permitir la producción directa de piezas de uso final impresas en 3D. La función de apilado permite la producción por lotes de una o varias piezas mediante una combinación de herramientas definidas por el usuario y automatizadas, y elimina un tiempo considerable del proceso de preparación de impresión.
“Al apilar piezas, podemos imprimir en lotes de 100 y hemos reducido el tiempo que toma preparar una impresión de 30-60 minutos a solo 6-10 minutos. La combinación de materiales apilables y de nivel de producción hace que Figure 4 esté listo para la producción”.
Gregoire Mercusot, ingeniero de materiales, ADDLAB, Decathlon
El desafío
VALIDAR LA PRODUCCIÓN EFICIENTE CON LA FABRICACIÓN ADITIVA
Cuando se enfrentó a un problema de inyección de moldes en un pequeño componente para gafas de tiro que conecta el marco con las lentes, Decathlon optó por probar la nueva solución de apilamiento de 3D desarrollada por 3D Systems para evaluar la fabricación aditiva para la producción. Tras realizar un estudio de viabilidad sobre la solución de Figure 4 y la función de apilado, los equipos de Decathlon confirmaron la productividad y la economía de la fabricación aditiva y decidieron que esta solución podría considerarse para la producción en serie del producto final.
La solución
01 Función de apilamiento de piezas en el software 3D Sprint
El laboratorio de fabricación aditiva de Decathlon (ADDLAB) usa la solución de impresión 3D de Figure 4 de 3D Systems en toda una serie de aplicaciones (incluidos los modelos maestros de molde), y ahora está considerando utilizar la nueva funcionalidad de apilamiento de piezas de alta densidad del software 3D Sprint de 3D Systems para facilitar la producción directa. 3D Sprint es un software avanzado, todo en uno, que agiliza el flujo de trabajo del archivo al patrón con herramientas para la preparación y optimización de archivos de impresión, incluida la generación automática de soportes, y la colocación optimizada de piezas para maximizar la productividad. La nueva función de apilado ayuda a los usuarios a imprimir lotes de gran volumen con un flujo de trabajo de preparación de archivos eficiente.
Para usar la función de apilamiento, los usuarios importan un archivo de pieza y base, definen el apilamiento en términos de orientación y cantidades de piezas, y utilizan herramientas automatizadas para replicar capas y soportes de apilamiento verticales consecutivos. Según el ingeniero de Decathlon Gregoire Mercusot, el apilamiento ha reducido el tiempo de preparación de la impresión hasta en un 80 %. Las construcciones que antes tardaban entre 30 minutos y una hora en prepararse ahora pueden completarse en seis a 10 minutos.
Mercusot afirma que la utilidad de esta función va mucho más allá de la producción: “Uso esta función varias veces a la semana cuando necesito varias piezas. Es increíble para la producción, pero también es muy útil para la creación de prototipos”, dice.
02 Materiales de nivel de producción
Decathlon está usando el material Figure 4® PRO-BLK 10 para este componente funcional de gafas y menciona las sólidas propiedades de rigidez del material y las grandes velocidades de impresión (62 mm/h) como ventajas clave. Este material de alta precisión produce piezas con un suave acabado de la superficie y una calidad de las pared laterales, y tiene propiedades mecánicas excelentes y estabilidad ambiental a largo plazo que agrega un nuevo nivel de seguridad a la producción en 3D. A partir de su estudio de viabilidad de la producción, Decathlon confirmó la reproducibilidad en todos los lotes de impresión y la plena funcionalidad de la pieza.
03 Velocidad de impresión
Figure 4 es una tecnología de fabricación aditiva basada en la proyección. Utiliza una membrana sin contacto para combinar la precisión y la asombrosa fidelidad de detalles con velocidades de impresión ultrarrápidas. Decathlon usa el sistema Figure 4 Modular para imprimir pilas de 100 piezas en 85 minutos, lo que equivale a solo 42 segundos por pieza. Figure 4 Modular es una solución de producción en 3D escalable y semiautomatizada que consta de un controlador central que puede emparejarse con un único módulo de impresión hasta 24 módulos de impresión, lo que la convierte en una opción flexible que prepara a las empresas para el crecimiento.
04 Postprocesamiento
La funcionalidad de apilamiento de alta densidad de Figure 4 aporta eficiencias de escala al postprocesamiento, así como a la construcción de piezas, lo que permite a Decathlon tratar un lote de piezas como si fuera una sola pieza. Esto significa que el tiempo que tardaría Decathlon en limpiar, curar y retirar los soportes de una sola pieza sigue siendo el mismo, incluso para un lote de 100 piezas. Para la aplicación de vidrio de seguridad de Decathlon, se necesitan seis minutos para limpiar las 100 piezas, 90 minutos para curarlas sin intervenciones y diez minutos para retirar los soportes de todo el lote.
Valiant TMS muestra los beneficios de la asociación entre Siemens y Realtime Robotics
Producto: Tecnomatix
Industria: Automotriz y Transporte
La reciente prueba de concepto con un constructor global de líneas automotrices muestra ahorros significativos en el tiempo de ingeniería requerido para programar sistemas multi-robot.
Valiant TMS participó en una prueba de concepto con Siemens Digital Industries Software y Realtime Robotics (RTR) que demostró que la tecnología de RTR perfectamente integrada en el software Tecnomatix Process Simulate simplifica la programación y el enclavamiento de robots al automatizar la planificación del movimiento. La tecnología combinada permite a los fabricantes e integradores programar, simular y validar fácilmente sistemas multi-robot, reduciendo significativamente el tiempo de ingeniería.
Para la prueba de concepto, TMS proporcionó un estudio de ingeniería reciente para una estación de enmarcado de construcción de carrocería automotriz. TMS proporcionó KPI como el tiempo de ciclo requerido y el tiempo requerido que se necesita hoy en día para programar los robots. En este caso, se necesitan 90 horas de programación para los 7 robots seleccionados para producir los 60 puntos de soldadura requeridos. Los accesorios de la estación de enmarcado y las herramientas de extremo de brazo del robot son complejos y los robots necesitan trabajar en un espacio muy reducido.
“La combinación de Process Simulate con Realtime Robotics mejora nuestra eficiencia, reduciendo nuestros esfuerzos de programación fuera de línea en más del 80%”.
Tomó solo 15 horas crear las hojas de ruta de robots requeridas y demostrar los movimientos del robot sin colisiones y el enclavamiento sobre la marcha a TMS mientras se lograba el tiempo de ciclo requerido. Esto muestra una reducción en el esfuerzo de programación de más del 80% en comparación con el tiempo de ingeniería requerido típico.
“La combinación de Process Simulate con la planificación de movimiento automatizada y el enclavamiento de Realtime Robotics ha proporcionado una mejora significativa a nuestra eficiencia, reduciendo nuestros esfuerzos de programación fuera de línea en más del 80%”, dice Michael Schaubmayr, Gerente de Grupo de Simulación de Ingeniería Mecánica, TMS Turnkey Manufacturing Solutions GmbH. “Esto nos presenta una ventaja tangible y estratégica en la industria”.
Se pueden lograr optimizaciones adicionales probando diferentes opciones de diseño, ya que reprogramar los robots para probar una alternativa es casi gratuito. Todo lo que se requiere es establecer los puntos objetivo para los robots en Process Simulate y, mientras se ejecuta la simulación, permitir que el controlador Realtime Robotics calcule automáticamente los movimientos y enclavamientos requeridos.
Vea este vídeo para ver la solución en acción:
Cummins utiliza el software Geomagic y la impresión 3D en metal para restaurar un auto de carreras de 1952 y lograr que corra 50 % más rápido
Producto: Geomagic Design X/Control X
Industria: Maquinaria y Equipo Industrial
El Cummins Diesel Special n.º 28 conmocionó al mundo de las carreras en 1952 cuando consiguió la primera posición en la línea de salida en Indianápolis 500 (Indy 500) con el tiempo de vuelta más rápido de la historia. Esta hazaña, junto con las muchas otras innovaciones del auto, le permitió ganar un lugar destacado en la historia de las carreras.
Sesenta y cinco años más tarde, el n.º 28 recibió una invitación del Festival de velocidad de Goodwood en el Reino Unido para participar en la legendaria Carrera de montaña de Goodwood junto con cientos de autos modernos y clásicos. Durante la preparación del n.º 28, los ingenieros de Cummins descubrieron que la bomba de agua estaba tan corroída que probablemente no sobreviviría al evento. El auto n.º 28 necesitaba una nueva bomba de agua para llegar a Goodwood en buenas condiciones.
La bomba de agua original tenía un diseño único específico para el auto n.º 28, lo que significaba que no había una pieza de repuesto compatible. Para complicar aún más la situación, tenían que enviar el n.º 28 en cuestión de semanas, de modo que los ingenieros descartaron los métodos tradicionales de fundición en arena para producir un repuesto, ya que ese proceso tenía un tiempo de entrega estimado de 10 semanas. En cambio, los ingenieros de Cummins recurrieron a la ingeniería inversa y la fabricación aditiva (AM) de metales mediante una impresora 3D para metal ProX DMP 320 de 3D Systems con la ayuda de 3rd Dimension Industrial 3D Printing, un fabricante de metales de alta calidad especializado en impresión directa en metal (DMP) 3D. La nueva bomba de agua se imprimió en 3D en solo tres días y el proceso completo tomó cinco semanas en lugar de 10.
Una página de la historia de las carreras
El n.º 28 fue el primer auto de Indy 500 equipado con un turbocompresor y el primero cuya aerodinámica se optimizó en un túnel de viento. Corrió las cuatro vueltas de clasificación a una velocidad promedio récord de 138,010 mph.
Desde su trascendental carrera en 1952, el n.º 28 se exhibió en el Indianapolis Motor Speedway Museum y en el edificio de oficinas corporativas de Cummins. En 1969, el n.º 28 corrió una vuelta por la pista de Indy antes del inicio de la carrera para conmemorar el 50.º aniversario de Cummins. La última vez que el n.º 28 corrió fue en el Festival de velocidad de Goodwood a finales de 1990.
“Mientras preparamos el automóvil para que volviera a funcionar por primera vez en casi 20 años, descubrimos corrosión y desgastes severos en la bomba de agua”, dijo Greg Haines, líder de diseño y desarrollo del motor X15 y miembro del equipo de historia y restauración de Cummins. “En algunas partes, la carcasa estaba completamente desgastada y los depósitos de minerales que cubrían los agujeros era lo único que evitaba una filtración. Necesitábamos rápido una carcasa nueva si queríamos cumplir con nuestro compromiso de correr con el auto en Goodwood”.
Carrera para producir una nueva bomba de agua
El método básico para construir la nueva carcasa de la bomba es el mismo que se utilizó para construir la bomba original: mecanizar un patrón de plástico o madera y utilizarlo para formar un molde de arena para la fundición. Con este método, el equipo hubiese tardado alrededor de 10 semanas en construir la carcasa, lo que los dejaba afuera de Goodwood. El nuevo patrón de fundición se podría haber impreso en 3D o incluso se podría haber impreso en 3D el propio molde de impresión para reducir el plazo de entrega de la nueva carcasa de la bomba de agua. Sin embargo, el mayor aumento de productividad se produjo al evitar el proceso de fundición por completo y utilizar la ingeniería inversa y la impresión en 3D para producir la pieza final directamente en solo cinco semanas, un 50 por ciento más rápido.
Análisis
Los ingenieros de Cummins comenzaron por escanear la carcasa de la bomba de agua existente con un escáner de TC. Eligieron un escáner de TC porque la bomba contenía muchos rebajados y otras geometrías internas que habrían sido imposibles de capturar con un escáner láser u otra herramienta de procesado de imágenes de línea recta.
Inspección
Para verificar que los datos escaneados fueran precisos antes de avanzar, los ingenieros importaron los datos de la nube de puntos generados por el escáner de TC al software de inspección y metrología Geomagic Control X donde separaron y alinearon la geometría interna y externa de la bomba.
“Para un proyecto como este, solemos separar la geometría interna en espiral del cuerpo para poder modelarla como un núcleo y hacer una comparación con los datos de la nube de puntos para asegurarnos de que todo nuestro trabajo sea preciso”, explica Chris George, líder del equipo de modelos CAD para el diseño de sistemas avanzados de Cummins.
Ingeniería inversa
Con una buena geometría escaneada para iniciar su trabajo de diseño, Cummins utilizó el software de ingeniería inversa Geomagic Design X para convertir la nube de puntos en un modelo sólido no paramétrico para realizar comprobaciones de ajuste de CAD. Estas comprobaciones ayudaron al equipo de Cummins a determinar las dimensiones de ensamblaje adecuadas para el impulsor y el eje, y cómo todo encajaría y se sellaría en última instancia.
Según George, Cummins utiliza Geomagic Control X y Geomagic Design X como su software principal para la manipulación de nubes de puntos. “El software Geomagic de 3D Systems proporciona una solución completa para procesar e inspeccionar los datos de escaneado y convertirlos en un modelo sólido”, afirmó. “Los usamos para cada proyecto de ingeniería inversa, que a menudo requiere conciliaciones geométricas, análisis de la estructura y el flujo de elementos finitos, y comparaciones de modelo a escaneo reportadas a nuestros clientes de ingeniería”.
“El software Geomagic de 3D Systems proporciona una solución completa para procesar e inspeccionar los datos de escaneado y convertirlos en un modelo sólido. Usamos esta solución en cada proyecto de ingeniería inversa que realizamos”.
—Chris George, director del Equipo de modelos CAD para diseños avanzados de sistemas, Cummins
Diseño
Debido a la gran corrosión de la pieza original, Cummins no pudo utilizar el modelo creado a partir de los datos escaneados como base para la impresión 3D. En su lugar, los ingenieros de Cummins importaron el modelo no paramétrico al software de CAD 3D de PTC Creo® para que sirviera de plantilla a fin de crear un modelo paramétrico. Ante los daños físicos de la bomba escaneada, el equipo de Cummins tuvo que tomar decisiones informadas mientras modelaban el repuesto en 3D para conseguir un modelo final funcional.
Impresión 3D
Luego, enviaron este archivo al equipo de 3rd Dimension, que lo limpió, lo analizó para obtener una orientación de impresión óptima y asignó soportes para una impresión estable. Los ingenieros de 3rd Dimension dividieron y prepararon la pieza para definir el movimiento del láser durante la construcción.
Aunque la carcasa original de la bomba de agua se había fabricado con magnesio para reducir el peso, la sensibilidad del magnesio a la corrosión tras una exposición prolongada al agua y al refrigerante era un factor importante en el problema que Cummins intentaba resolver. Por lo tanto, 3rd Dimension fabricó la pieza impresa en 3D final utilizando material de acero inoxidable LaserForm 316-L en una impresora 3D para metal ProX DMP 320.
“El mayor volumen de construcción de ProX DMP 320 nos permitió tener algunas opciones adicionales con la orientación de las piezas, lo que nos ayudó a optimizar los soportes. Además, la velocidad de impresión nos permitió realizar la impresión en el tiempo que teníamos”, afirmó Bob Markley, presidente de 3rd Dimension. “ProX DMP 320 no utiliza aglomerantes para unir el material, lo que da como resultado una aleación pura que funciona como el metal real, porque es lo es. Esto beneficia el rendimiento final de las piezas debido el entorno operativo”.
Solo tres días después de recibir el archivo 3D de la geometría de la bomba de agua, 3rd Dimension envió a Cummins la carcasa completa de la bomba.
Volver a hacer historia en las carreras
La carcasa se ensambló perfectamente con los otros componentes de la bomba y nos ofreció un rendimiento que parecía como nuevo durante más de seis carreras de montaña de Goodwood. Al igual que en Indy, el n.º 28 entusiasmó a los aficionados en Goodwood y apareció en “Las 10 mejores cosas que vimos en el Festival de velocidad de Goodwood de 2017” de la revista Car and Driver.
Además, al igual que en el 50.º aniversario de Cummins en 1969, el n.º 28 tuvo un papel destacado en la celebración del 100.º aniversario de Cummins al dar una vuelta de desfile alrededor de la pista antes del comienzo de la carrera de Indy 500 de 2019.
Las soluciones de Siemens ayudan en el diseño de un innovador sistema estabilizador marino
Producto: NX CAD
Industria: Productos de Consumo
Las soluciones de Siemens Digital Industry Software ayudan a los fabricantes marinos a reducir el tiempo de prueba hasta en un 20 por ciento
Estabilidad en el mar
Si hay algo que puede estropear un viaje relajante en el agua, es un barco inestable. Las olas agitadas pueden causar daños significativos a las pertenencias personales, así como al barco. Ya sea que esté pescando, buceando o simplemente en el agua, la estabilidad del barco es una parte esencial de los viajes seguros por mar. Como resultado, los estabilizadores de buques son productos valiosos. Cualquier marinero experimentado entiende la importancia de la estabilidad marina para garantizar un viaje sólido en el mar; sin embargo, no todos los sistemas estabilizadores son perfectos. De hecho, un problema común con los estabilizadores convencionales accionados por aletas es la amortiguación insuficiente del balanceo a velocidades más bajas y las aletas sobresalientes. Este problema ha obstaculizado la experiencia del consumidor. La estabilidad es necesaria a bajas velocidades, y las aletas sobresalientes pueden dañarse en aguas poco profundas. Lo último que su cliente quiere es estar en el mar cuando su nuevo estabilizador falla. Teniendo en cuenta que los consumidores tienen una baja tolerancia a la falla del producto, una mala experiencia puede ser todo lo que se necesita para que los consumidores salten del envío de su producto. Sólo sobreviven los fabricantes de estabilizadores que ofrecen una calidad consistente.
Realización de oportunidades
Ubicado en ‘s-Hertogenbosch, Países Bajos, DMS Holland es un especialista internacional en el campo del control de movimiento en yates de hasta 30 metros. El objetivo de DMS Holland es reducir el movimiento de balanceo de los yates para mejorar la comodidad a bordo, reducir la enfermedad del mar y mejorar la seguridad. La velocidad a la que los sistemas estabilizadores marinos de DMS Holland logran la estabilización se diferencian en el mercado. Sus sistemas estabilizadores se basan en el efecto Magnus, un fenómeno en el que un cilindro giratorio trabaja lejos de sus principales rutas de movimiento para lograr la estabilidad. Cuando un estabilizador tradicional requiere que un yate viaje a una velocidad considerable, su producto logra la estabilización a solo 3 a 12 nudos. Esto difiere de los sistemas convencionales basados en aletas debido a su diseño pequeño y mayores capacidades de amortiguación del balanceo a velocidades más bajas. Brabant Engineering, una empresa de ingeniería mecánica en Best, Países Bajos, es responsable del diseño y desarrollo de Magnus Master de DMS Holland, la última generación de tecnología de estabilización de rotores que cuenta con rotores retráctiles que eliminan el riesgo de daños. La compañía está proporcionando a DMS Holland su experiencia en diseño para desarrollar el producto con visión de futuro que imaginaron.
“DMS Holland quería proporcionar el más alto nivel de estabilidad, comodidad y seguridad a bordo. En general, queríamos hacer la vida en el mar mucho más cómoda y fácil”, dice Patrick Noor, director de ventas y marketing de DMS Holland. “Para hacer realidad nuestra visión, necesitamos empresas de calidad como Brabant Engineering que nos ayuden con la ingeniería mecánica de nuestros estabilizadores”.
Navegando hacia soluciones
Brabant Engineering utiliza las innovadoras aplicaciones de diseño que se encuentran en Siemens Simcenter™ 3D para diseñar y simular con precisión sus proyectos.
“Todas las propiedades del material están integradas en el diseño del software, y Simcenter 3D nos ayuda a analizar el comportamiento y la durabilidad de nuestro producto”, dice Bertie Tilmans, ingeniero principal de Brabant Engineering. “Al proporcionar propiedades precisas del material y una integración perfecta de múltiples alternativas de diseño, podemos ahorrar un tiempo valioso durante el desarrollo del producto”.
Brabant Engineering utilizó Simcenter 3D para simular con precisión el efecto Magnus y confirmar que el Magnus Master podía manejar 1.100 revoluciones por minuto. “He estado usando Simcenter 3D durante los últimos siete años y me gusta mucho la versatilidad del software”, dice Tilmans. “Esta versatilidad permite a las empresas predecir el comportamiento de diferentes aspectos del diseño de un producto para encontrar la solución más efectiva”.
Reducción de los costes de desarrollo y los ciclos de creación de prototipos
Al utilizar adecuadamente el software de diseño asistido por computadora (CAD), como con el uso del software Siemens NX™, Brabant Engineering utiliza las capacidades potentes y flexibles de NX CAD para reducir drásticamente el costo y el tiempo que lleva diseñar productos tan innovadores. La combinación de NX CAD para el diseño y Simcenter 3D para la predicción del rendimiento ayudan a acelerar la comercialización del producto de manera más eficiente.
Dependiendo del tamaño del dispositivo, los prototipos físicos pueden costar exponencialmente más que el precio del producto. Las simulaciones pueden ahorrar tiempo y costos significativos en las primeras etapas de un proyecto. Usando Simcenter 3D, en lugar de confiar en un costoso prototipo físico, Brabant Engineering ahorró aproximadamente del 10 al 20 por ciento del tiempo total de pruebas y calificación. Pudieron acortar el ciclo de prueba y recibir resultados directos.
Rikkert Gerits, líder del proyecto, Brabant Engineering, confirmó que el uso de Simcenter 3D redujo drásticamente la cantidad de prototipos físicos necesarios.
“Usando herramientas de simulación 3D, no tenemos que construir un prototipo real, lo que nos ahorra tiempo y dinero considerables”, dice Gerits. “Utilizamos varios productos de Siemens, como Simcenter, NX CAD y Teamcenter, y son entregados por tarjetas PLM Solutions, un socio de soluciones de Siemens Digital Industries Software. Nos ponemos en contacto con ellos con cualquier pregunta específica que tengamos con respecto al software”.
Los sistemas CAD ofrecen a los usuarios la capacidad de intercambiar fácilmente varios componentes del producto. Los sistemas CAD y de ingeniería asistida por computadora (CAE) también proporcionan las herramientas necesarias para rediseñar y explorar rápidamente el rendimiento de los nuevos diseños. Gerits explicó cómo estos sistemas de simulación también permiten una rápida fase de prototipado virtual. Al simular el producto en tiempo real, los usuarios pueden predecir con mayor precisión la durabilidad del producto bajo ciertas condiciones. Esto proporciona a las empresas un ahorro significativo de costos y tiempo en comparación con el diseño, la producción, las pruebas y el registro de datos de un prototipo físico. Brabant Engineering estima un ahorro de costos totales del 10 al 15 por ciento mediante el uso de la simulación para prevenir fallas en comparación con lo que costaría arreglar / reparar esas fallas.
Establecer una relación sólida
Sjef van de Laak, director general de Brabant Engineering, dice que las soluciones de Siemens son clave en el proceso de diseño de ingeniería de la compañía. “Siemens es el proveedor del software que utilizamos, y la importancia de las tarjetas PLM Solutions es que conocen muy bien el software y respaldan nuestras necesidades de simulación”, dice. El desarrollo de productos se vería interrumpido sin esta línea abierta de comunicación. Como tal, las tarjetas PLM Solutions y Brabant Engineering mantienen un diálogo constante.
Compartiendo el Magnus Master en todo el mundo
El Maestro Magnus ya está recibiendo una atención considerable. Desde su introducción en 2015, el Magnus Master ha desarrollado una reputación de calidad en los Países Bajos y ha ayudado a hacer de DMS Holland un negocio global.
Este esfuerzo combinado entre Brabant Engineering, DMS Holland y Siemens es un ejemplo perfecto de cómo la cooperación puede conducir a una innovación innovadora.
Electrolux implementa la planificación de flujo de materiales y fábricas 3D en todo el mundo
Producto: Tecnomatix
Industria: Productos de Consumo y Ventas
Con Tecnomatix y Teamcenter, Electrolux crea procesos y sistemas de fabricación uniformes y eficientes
Instalaciones de producción distribuidas globalmente
Electrolux AB, con sede en Estocolmo, Suecia, vende electrodomésticos para uso doméstico y comercial en 150 países de todo el mundo. Con alrededor de 58.000 empleados y 46 instalaciones de producción, la empresa desarrolla y fabrica productos de numerosas marcas: además de Electrolux, las principales marcas Grand Cuisine, AEG, Zanussi, Frigidaire y Westinghouse gozan de una reputación particularmente alta. En 1996, la marca alemana AEG fue adquirida de Daimler Benz, junto con varias divisiones y ubicaciones del grupo. Así es como la fábrica de Rothenburg ob der Tauber, fundada en 1964, llegó a Electrolux, que hoy produce 600.000 estufas y 1.400.000 cocinas al año para el mercado europeo. “Concedemos gran importancia a la implementación en detalle de las características esenciales del producto de cada marca en desarrollo y producción”, informa Bernd Ebert, director de Ingeniería de Fabricación Global – Preparación de Alimentos en Electrolux. Con sede en Rothenburg, Ebert se asegura de que todas las fábricas de aparatos de cocina Electrolux implementen procesos y sistemas uniformes.
Alta prioridad para la planificación de fábricas virtuales
Como parte de una estrategia integral de digitalización que cubre todas las áreas, 11 proyectos de fabricación digital están en la agenda de la corporación global sueca. Ebert ha asumido la responsabilidad de dos proyectos globales con la más alta prioridad. Su objetivo es crear “gemelos digitales” de todos los sitios de fabricación: en el proyecto de fabricación virtual, se seleccionó e introdujo una herramienta de planificación avanzada para la verificación temprana del diseño para desarrollar productos que sean fáciles de producción y ensamblaje. Por ejemplo, las secuencias de ensamblaje y los movimientos se planificarán y optimizarán tridimensionalmente para las colisiones previas a la ventilación. El requisito previo para esto es el desarrollo de diseños fac-tory tridimensionales, que es el foco del segundo proyecto, el diseño de fábrica 3D. Los diseños se crearán utilizando una herramienta de planificación de fábrica estándar que puede simular tanto la planta como el flujo de materiales sobre la base de datos 2D para optimizar la capacidad y la eficiencia.
Plataforma global para la fabricación digital
La selección de software comenzó en 2010, cuando solo unos pocos tenían un software potente para la planificación de fábricas en 3D. Un pequeño equipo especializado dirigido por Ebert trabajó en estrecha colaboración con el departamento de TI de la compañía en Estocolmo. A partir de 2012, Teamcenter de Siemens Digital Industries Software se implementó allí como una plataforma de desarrollo de productos estratégicamente importante para la gestión del ciclo de vida del producto (PLM) en Electrolux. Las discusiones sobre la estrategia futura de Siemens llevaron a una oferta para probar una versión preliminar del software de diseño 3D Line Designer en un programa de adopción temprana.
Siemens tuvo la oportunidad de utilizar datos originales para construir un escaparate que demostrara el rendimiento del software en problemas reales. Como resultado, en 2016 Line Designer fue seleccionado junto con las soluciones de la cartera tecnomatix®, incluida la solución Process Simulate. Las principales razones de esta decisión fueron las ventajas de una estrecha integración de Teamcenter de estas soluciones: “Podemos guardar todos los recursos creados con Line Designer como bibliotecas en Teamcenter, gestionarlos y ponerlos a disposición de todos los usuarios de todo el mundo”, explica Ebert. De esta manera, preservamos toda una infraestructura de software y hardware, incluido el material de capacitación, y podemos aprovechar la experiencia de los usuarios existentes con Teamcenter”. Los resultados esperados fueron una estrecha alianza para el desarrollo de productos y una plataforma global y común para la planificación de fábricas y la optimización del flujo de materiales.
Estrategia de despliegue tras proyecto piloto
En un proyecto piloto llevado a cabo en Rothenburg en 2016, los empleados recibieron capacitación de Siemens y desarrollaron, entre otras cosas, una nueva línea de ensamblaje y ensamblaje automatizado de viviendas con Line Designer. Se realizaron estudios de ergonomía con Process Simulate y se optimizaron con éxito los tiempos de ciclo mediante simulaciones. “Las soluciones de Tecnomatix y Teamcenter han demostrado su eficacia de la mejor manera”, informa Ebert como director de proyectos. “Al mismo tiempo, hemos adquirido una valiosa experiencia para un despliegue mundial”. El equipo central ahora ha capacitado especialistas para cada una de las tres soluciones de software, que pueden brindar asesoramiento y apoyo a los empleados descentralizados en las ubicaciones. Las áreas del sistema creadas con Line Designer, como transportadores y ascensores, o modelos de carros de transporte de materiales y otros dispositivos, se pueden parametrizar. “Al hacer que los modelos y escenarios 3D estén disponibles en todo el mundo, ahorramos mucho trabajo”, informa Ebert. “Después de ajustar los parámetros, simplemente se reutilizan en otro lugar. Esto nos acerca casi automáticamente a la estandarización deseada de procesos y sistemas en todas las líneas de productos (cocina, lavado y lavado de platos, secado y enfriamiento / congelación), así como en los sectores de Ee. UU., América del Sur, Asia / Pacífico y Europa “. “Sobre la base de la experiencia adquirida en el proyecto piloto, el despliegue mundial ahora se ha llevado a cabo en oleadas, cada una de las cuales incluye la capacitación intensiva y la familiarización de los empleados en un solo lugar”, dice Ebert. “Con el fin de asegurar nuestros principales proyectos, inicialmente seleccionamos cuatro ubicaciones con altos volúmenes de inversión”.
Proyecto Anderson, Carolina del Sur
Una ubicación implica la construcción completa de una nueva fábrica de refrigeradores en Anderson, Carolina del Sur, en la que la producción de refrigeradores se concentrará en el continente americano a mediados de 2019. Allí, un mayor grado de automatización debería ahorrar alrededor del 30 por ciento del trabajo humano. Muchos procesos se planificaron con Tecnomatix para desarrollar un nuevo concepto de automatización, planificar la fábrica correctamente en el primer intento y asegurar la inmensa inversión.
Un área de producción que consume mucho tiempo es la planta para espumar las paredes del refrigerador con endurecimiento. Todas las áreas antes y después se basan en los tiempos de proceso allí. Para diseñar este cuello de botella correctamente en el primer intento, el proceso se mapeó y simuló como un flujo de una sola pieza. “Había que tener en cuenta muchos detalles, como diferentes materiales y diferentes modelos”, dice Ebert. “Representar todo esto consumió mucho tiempo, pero valió la pena”. Los resultados precisos de Plant Simulation eliminan la necesidad de grandes amortiguadores, ahorrando aproximadamente $ 2,000,000 al tener un transportador y un almacén de gran altura para 5,000 refrigeradores. Después de la formación de espuma, los procesos de ensamblaje se ramifican a cuatro líneas. Aquí, las rutas de tren de los flujos de materiales se planificaron, simularon y optimizaron con todas las partes compradas de las listas de piezas para 30 modelos del diseño modular del producto que van desde el camión hasta las líneas de ensamblaje. “Un empleado de Siemens ha sentado las bases para las rutas de tren. Pero mientras tanto, nuestro flujo de material es mejorado diariamente por nuestro propio empleado, ya hemos alcanzado nuestros objetivos de efectividad”, informa Ebert.
Con Process Simulate, los empleados también planearon células robóticas que se harían cargo de algunos de los procesos previamente manuales. “Incluso si las células aún no están completamente detalladas, podemos decidir con un alto grado de certeza si necesitamos uno o tres robots”, dice Ebert. La alta fiabilidad de la planificación se transmite a la gestión en escenarios y vídeos 3D.
“Una gran inversión requiere mucha persuasión”, afirma Ebert. “Con las buenas posibilidades de visualización de Tecnomatix, puedo mostrar a la gerencia una etapa temprana de planificación que hace que los procesos sean plausibles. La tecnología 3D ayuda con la verificación de los conceptos de ensamblaje, así como con la selección de proveedores para soluciones de automatización y proporciona información que no tenía antes”.
Concepto de implementación mundial
Los primeros proyectos han demostrado que las herramientas de Tecnomatix y Teamcenter se pueden utilizar para resolver tareas y alcanzar objetivos. Sin embargo, los empleados tratan con las poderosas herramientas regularmente. “Necesitamos especialistas para asumir nuevos roles en nuestro equipo global”, dice Ebert. “Para una estandarización exitosa, cada tema debe describirse centralmente”. Otros proyectos importantes también están pendientes en Europa. “La fábrica es demasiado cara para usarla como campo experimental”, dice Ebert, refiriéndose al profesor Dr. Hans-Jürgen Warnecke, un conocido científico y ex presidente de la Fraunhofer Gesellschaft en Alemania. “Para probar nuevos conceptos, existen herramientas de simulación eficientes que hacen que el tiempo de inactividad de la producción sea superfluo”.
Miele: Una mejor manera de hacer que los instrumentos médicos se limpien
Producto: Simcenter
Industria: Médica y Forense
Líder mundial en productos domésticos premium
Fundada en 1899, Miele es líder mundial en productos domésticos de primera calidad, como electrodomésticos de cocina, panadería y cocción al vapor, productos de refrigeración, cafeteras, lavavajillas, lavandería y productos para el cuidado del piso. Miele también produce lavavajillas especializados, lavadoras-extractoras y secadoras para uso comercial, así como lavadoras-desinfectadoras y esterilizadores utilizados en entornos médicos y de laboratorio.
En sus esfuerzos por mejorar continuamente sus líneas de productos, la compañía estaba particularmente interesada en mejorar el desarrollo de sus lavadoras-desinfectadoras. “El principal desafío de desarrollo con las lavadoras-desinfectadoras es la variedad de artículos que deben limpiarse”, dice Tobias Malec, ingeniero de desarrollo de Miele. “Cada pieza de cada instrumento médico tiene diferentes requisitos de limpieza. Algunas cosas solo necesitan limpieza en la superficie. Otros artículos, como los instrumentos huecos, deben limpiarse tanto por dentro como por fuera. Se necesitan diferentes presiones de agua en cada caso”.
Trabajar con bastidores especiales
Debido a estos requisitos, un bastidor especial se adapta a cada artículo que necesita limpieza para permitir el mejor manejo y rendimiento hidráulico posible. Cada bastidor asegura los elementos que se están limpiando e incluye las conexiones hidráulicas entre la bomba de circulación y las boquillas a través de las cuales se rocía el agua. La variedad de bastidores dificulta la armonización de todo el sistema de producción.
Es esencial adaptar las condiciones hidráulicas frecuentemente cambiantes del bastidor y comprender la presión de limpieza requerida durante el estado de funcionamiento dentro de cada bastidor. La presión de limpieza resulta del punto de intersección de la curva de resistencia hidráulica del bastidor y la característica de la bomba de circulación.
Para este desafío de ingeniería, Miele utiliza el software Simcenter Amesim™, una solución de simulación de sistemas mecatrónicos que forma parte de la cartera de Simcenter de Siemens Digital Industries Software. Esta solución ayuda a los ingenieros de Miele a simular las características operativas de los nuevos productos al principio de la etapa de diseño, revelando formas de mejorar la funcionalidad al tiempo que reduce la necesidad de prototipos físicos. “El uso de Simcenter Amesim nos permite modelar los bastidores como súper componentes, con la bomba de circulación funcionando como una característica y la lavadora en sí como un límite del sistema”, dice Malec. “Gracias a la simulación del sistema, podemos evaluar futuros puntos de operación cambiando las geometrías de la boquilla de limpieza o las líneas de agua”.
Él señala: “Usando este software, ahora somos mucho más efectivos en la fase previa al desarrollo. Antes, sin el apoyo de Simcenter Amesim, teníamos que construir un prototipo real de la lavadora y realizar múltiples mediciones de presión. Posteriormente, en función de los resultados de presión, necesitábamos varios bucles de rediseño en la fase de prototipo para alcanzar las especificaciones requeridas. Esto fue muy lento y costoso”.
Un modelo típico preparado con Simcenter Amesim incluye componentes hidráulicos y de resistencia hidráulica. La máquina está modelada, incluyendo sus líneas de agua y la bomba de circulación. Las líneas de agua incluyen válvulas de contrapresión y un acoplamiento con los modelos de bastidor. Algunas válvulas no estándar se han personalizado y están representadas por elementos genéricos, como orificios o uniones en T, que se validan mediante mediciones internas.
Un rack de limpieza consiste en una red de chorros y tuberías conectadas con dos puntos de acoplamiento de la máquina. Para garantizar que la compatibilidad y la claridad se logren rápidamente, el bastidor se integra en el modelo como un supercomponente y se representa con un icono.
La simulación del sistema mecatrónico es la llave
Las diversas velocidades de rotación del bombeo se prueban virtualmente. Esto permite a Miele investigar la evolución de la presión en las posiciones predefinidos del sensor para validar el modelo de simulación. El estado de funcionamiento de la máquina es cuasi estático, por lo que los exámenes dinámicos son insignificantes para ese tipo de investigaciones. Los valores de presión simulados proporcionan la base para realizar ajustes en el diseño del bastidor.
“La simulación del sistema nos permite estudiar fácilmente el impacto y las interacciones de los cambios en la sección transversal”, dice Malec. “Los cambios se pueden optimizar o variar los parámetros de la boquilla para lograr una distribución de presión más constante. La distribución constante de la presión permite una buena capacidad de limpieza en todas las partes de la máquina”.
La capacidad de exploración de diseño también ayuda a establecer la consistencia de los brazos de pulverización. Al establecer condiciones de contorno específicas y definir grados de libertad (DOF), la configuración óptima de la boquilla se puede encontrar rápidamente utilizando Simcenter Amesim. “La simulación de sistemas es una extensión de la simulación común de dinámica de fluidos computacional (CFD) en 3D a nivel de subsistema”, dice Malec. “Las correlaciones se aclaran muy rápidamente. Sin la simulación del sistema, estas correlaciones solo se pueden realizar utilizando mediciones en prototipos costosos”.
Malec concluye: “La longevidad y la alta calidad de nuestros productos abordan el problema de la sostenibilidad. Nuestros clientes no tienen que comprar una máquina nueva cada pocos años, pero pueden confiar en nuestra calidad constante. Eso no solo ahorra dinero, sino que también es bueno para el medio ambiente. También estamos reduciendo nuestro consumo de recursos y utilizando materiales ecológicamente racionales para la producción”.
