Come la variabilità del processo uccide l'automazione nell'officina metallurgica

Jan 06, 2024

L'automazione non può rendere affidabile ciò che è inaffidabile, soprattutto quando le parti che entrano nel sistema automatizzato non sono coerenti. La variabilità è la più grande lacuna nel percorso verso l’automazione di un processo di produzione. Immagini Getty

Così tanti produttori lottano per automatizzare operazioni apparentemente semplici solo per passare mesi a eseguire il debug e alla fine ad alzare le mani per la disperazione. Alla fine rimuovono l’automazione, spesso scatenando una serie di controversie con i fornitori di automazione. In quasi tutti i casi, il guasto può essere ricondotto alla variabilità da parte a parte o alla mancanza di stabilità del processo, nessuna delle quali è responsabilità del fornitore di automazione.

Nella frenesia del settore per l'automazione, le organizzazioni stanno commettendo alcuni errori fondamentali che si traducono in notevoli ritardi nei processi, superamento dei costi e talvolta fallimento totale. Finiscono per produrre parti non conformi o per perdere produttività a causa di frequenti guasti alla macchina. In questi casi, l’automazione può effettivamente avere un impatto netto negativo sulla produttività e sui costi. Ancora peggio, i fallimenti specifici del progetto mettono l’automazione in una cattiva luce inutilmente presso il management, tanto che i progetti successivi vengono rifiutati.

I produttori possono evitare questo scenario adottando misure per identificare, comprendere e ridurre quella che rimane la principale ragione tecnica del fallimento del progetto: la variabilità del processo.

La variazione dimensionale da parte a parte, il fattore di rischio più comunemente trascurato e importante per qualsiasi progetto di automazione, coinvolge due componenti. Il primo è la capacità del processo. Le parti sono conformi alle specifiche di stampa il 100% delle volte? Uno studio sulla capacità del processo fornisce un'istantanea di questa capacità e viene misurato come Cpk, un indice della capacità del processo che identifica il rapporto tra le specifiche di stampa e la variabilità naturale del processo.

Il secondo componente è la stabilità del processo. Il processo rimane relativamente stabile nel tempo? Ogni processo ha una certa variabilità naturale, come mostrato nelle normali distribuzioni inFigura 1 . Se la linea centrale del processo in quella distribuzione cambia nel tempo, si ottengono comunque parti conformi al 100%? A meno che non forniscano una cella o un’operazione chiavi in ​​mano, i fornitori di automazione in genere ritengono il produttore responsabile della stabilità del processo.

Consideriamo un processo in cui i pezzi grezzi alimentati da coil, livellati e tagliati a misura vengono imbutiti e rifilati. Nello specifico, i pezzi grezzi vengono tagliati a misura internamente da bobine pretagliate e posizionati per essere caricati in una pressa di trafilatura e rifilatura a due stazioni con adeguata lubrificazione.

La prima stazione è dotata di sensori di rilevamento del pezzo grezzo integrati che avvisano l'operatore in caso di inceppamenti e impediscono l'attivazione se un pezzo grezzo non è posizionato correttamente. La seconda stazione è dotata di sensori interni allo stampo che rilevano se la parte formata è posizionata correttamente prima del taglio. Ciò include la divisione e l'espulsione dei rifili in modo che la parte finita possa essere rimossa in modo affidabile e posizionata su un trasportatore di uscita.

Un operatore della pressa carica ciascun pezzo grezzo nella pressa, aziona il sistema di lubrificazione e sposta manualmente la parte tra le stazioni di disegno e rifilatura fino a un cestello per le parti finite. Lo scarto viene sezionato nella matrice di rifilatura e cade su un trasportatore.

Davanti alla pressa è presente una tenda di sicurezza con interblocco rapido. Tuttavia, l’azienda desidera automatizzare il processo per motivi di produttività e sicurezza. Gestire la macchina da stampa è un lavoro molto impegnativo e gli affari sono in aumento.

A prima vista, questo potrebbe sembrare un semplice progetto di automazione pick-and-place. Un sistema automatizzato potrebbe posizionare con precisione i pezzi grezzi in una fustella, spostare la parte disegnata dalla fustella una volta espulsa, quindi posizionarla nella stazione di rifilatura (vedifigura 2 ). Potrebbe quindi rimuovere la parte finita dallo stampo di rifilatura e posizionarla su un trasportatore in uscita. Con le adeguate interfacce tra robotica, sensori e controlli della pressa, questo progetto dovrebbe avviarsi senza intoppi, giusto?

Figura 1. Un processo stabile e capace ha distribuzioni ristrette di parametri che rientrano tutti entro i limiti delle specifiche del processo.