Automatización de procesos
El reto de fabricar acristalamientos a medida para patios consiste en crear programas CNC eficaces y sin errores para componentes con dimensiones y configuraciones variables según los requisitos del cliente. En este blog se explicará cómo pasar de la programación manual a un proceso que se extiende desde la fase de ventas directamente a la producción.
El proceso se basa en el diseño paramétrico, que permite editar geometrías sin necesidad de redibujarlas manualmente. Cuando esto se combina con los sistemas CPQ (Configure, Price, Quote), las selecciones del cliente pueden convertirse automáticamente en datos de producción precisos. Los postprocesadores desempeñan un papel fundamental en la conversión de esta información en código específico de la máquina, por lo que su personalización es vital para la escalabilidad de la producción.
En el futuro, la IA y el aprendizaje automático harán que el proceso sea aún más eficiente, automatizando incluso la optimización de las rutas de mecanizado y permitiendo incluso el mantenimiento predictivo.
Conceptos básicos de mecanizado CNC y requisitos de orientación al cliente
El mecanizado CNC (control numérico por ordenador) es un proceso de fabricación que utiliza los valores numéricos de un componente para controlar los movimientos de las máquinas-herramienta, lo que permite fabricar componentes muy precisos y complejos. El proceso comienza con el diseño asistido por ordenador (CAD), que crea un modelo digital del producto. A continuación, el software de fabricación asistida por ordenador (CAM) genera las trayectorias de mecanizado a partir del modelo CAD, que se convierten en código G y se transfieren a la máquina CNC.
Aunque la tecnología CNC revolucionó la fabricación tradicional al aportar alta precisión y automatización, sus aplicaciones tradicionales suelen estar diseñadas para la producción en serie. Sin embargo, los clientes de productos de cristal para terrazas exigen soluciones personalizadas, como unidades de cristal para terrazas y balaustradas individuales. Esto supone un reto para la programación CNC tradicional, ya que los constantes cambios de dimensiones y configuraciones requieren la edición o creación manual de programas, lo que lleva mucho tiempo y es propenso a errores. Una producción eficaz y orientada al cliente requiere un proceso que automatice todo el flujo de trabajo, desde la venta hasta la máquina CNC.
Concepto de venta a producción
El proceso comienza en ventas, donde se definen los requisitos del cliente y se traducen en información que puede utilizarse en producción. En el centro de este proceso se encuentran los sistemas CPQ (Configure, Price, Quote), que actúan como configuradores de ventas. Estos sistemas automatizan el proceso de cotización de versiones complejas de productos, reduciéndolo de días a minutos. El sistema CPQ permite a los vendedores configurar los productos según las necesidades del cliente y calcular el precio en tiempo real, al tiempo que reduce los conocimientos técnicos necesarios para cotizar un producto complejo.
El sistema visualiza el producto para el cliente, garantizando que el producto final cumple las expectativas, y genera automáticamente un presupuesto preciso. El sistema CPQ suele integrarse con otros sistemas empresariales, como CRM (Customer Relationship Management) y ERP (Enterprise Resource Planning), para agilizar todo el proceso de ventas y la tramitación de pedidos.
La siguiente tabla muestra un flujo de trabajo digital simplificado desde las ventas hasta la producción, destacando la comunicación entre el sistema CPQ y otras tecnologías clave.
Simplified workflow from sales to CNC machine
| Escenario | Proceso | Sistema | Valor añadido |
|---|---|---|---|
| 1. Ventas y configuración | El cliente determina las opciones y dimensiones del producto. | Configurador de productos (sistema CPQ) | Un proceso de licitación rápido y visual. |
| 2. Automatización del diseño | El sistema CPQ genera automáticamente un modelo CAD 3D paramétrico. | Modelo 3D paramétrico | Elimina la necesidad de dibujo manual. |
| 3. Programación CAM | El software CAM crea automáticamente las trayectorias de mecanizado a partir del modelo CAD. | Software CAM | Acorte el tiempo de programación y reduzca los errores. |
| 4. Mecanizado CNC | El postprocesador convierte las trayectorias de mecanizado en código G específico de la máquina. | Postprocesador CNC | Permite la producción de geometría variable.Parametric modelling and design automation |
Modelización paramétrica y automatización del diseño
La base para automatizar la programación CNC en la producción orientada al cliente es el modelado paramétrico. Se basa en la creación de modelos CAD cuya geometría se controla mediante reglas y parámetros. En lugar de que el diseñador dibuje manualmente cada pieza o conjunto, el modelo paramétrico cambia automáticamente cuando se modifican sus valores definitorios, como la longitud o la anchura. Una dimensión o relación geométrica puede almacenarse como valor editable, lo que permite modificar dinámicamente el modelo.
El modelo paramétrico es crucial en la producción de cristales para patios, donde el cliente puede cambiar en cualquier momento la anchura de la barandilla o la posición de la cerradura, por ejemplo. El modelado paramétrico permite realizar esos cambios con rapidez y precisión, ya que el diseñador no tiene que volver a dibujar el modelo desde cero. El modelado paramétrico es la base de la automatización del diseño, ya que crea algoritmos basados en reglas que generan automáticamente modelos de productos a partir de los datos introducidos por el cliente.
El proceso manual de transferencia de las medidas del cliente de un vendedor a un diseñador por teléfono o correo electrónico es propenso a errores y cuellos de botella. Cada paso de la transferencia de datos ralentiza el proceso y aumenta el riesgo de error. Al generar automáticamente un modelo CAD paramétrico, el sistema CPQ crea un vínculo instantáneo y sin errores entre ventas y diseño. Esta transición cambia la naturaleza del negocio de reactivo (el cliente solicita, nosotros fabricamos) a proactivo (el cliente configura, nosotros fabricamos). La ventaja competitiva ya no procede únicamente de las habilidades de los operarios individuales de CNC, sino de la velocidad y fiabilidad de toda la cadena de producción.
Software CAM y su funcionalidad
El software CAM (fabricación asistida por ordenador) es el núcleo de la programación CNC, que convierte la geometría de los modelos CAD en trayectorias de mecanizado comprensibles para la máquina herramienta. El software CAM define, entre otras cosas, las herramientas que deben utilizarse y los parámetros de mecanizado, como la velocidad de corte y los movimientos rápidos de las cuchillas. Este proceso puede utilizarse para producir piezas complejas y de alta calidad que no serían posibles con métodos manuales.
Existen varias soluciones CAM líderes en el mercado. Mastercam es el software CAM más utilizado del mundo, también disponible como complemento para SolidWorks.5 PowerMill es un software CAM desarrollado por Autodesk, especialmente adecuado para el mecanizado de alta velocidad en 5 ejes.5 AlphaCAM es un software CAM inteligente diseñado para el mecanizado de madera, metal y piedra. El software integrado, en el que el software CAD y CAM están estrechamente vinculados (por ejemplo, SolidCAM integrado con SolidWorks ), es vital. Elimina los pasos manuales de la transferencia de datos y permite actualizar automáticamente el modelo paramétrico en el entorno CAM en cuanto cambian las dimensiones.
En los flujos de trabajo automatizados, las entradas del cliente en el sistema CPQ dirigen directamente la selección de estrategias y parámetros de mecanizado en el software CAM. Estos sistemas pueden incluso combinar varios pedidos en un lote de producción para minimizar el desperdicio de material. Esta automatización elimina la necesidad del trabajo de diseño específico del cliente, en el que los diseñadores tienen que realizar tareas repetitivas para configurar los productos existentes. El sistema CPQ genera automáticamente archivos CAD y listas de materiales directamente para el diseño o la producción.
El postprocesador como eslabón fundamental del flujo de trabajo del CNC
El postprocesador actúa como un enlace de software personalizado que convierte las trayectorias de mecanizado neutras generadas por el software CAM en código G específico de la máquina. Su función es adaptar el programa a la máquina CNC utilizada.
En la producción orientada al cliente, en la que la geometría que debe mecanizarse cambia constantemente, la personalización de los postprocesadores es vital. Los productos únicos con dimensiones dinámicas y orificios en diferentes puntos requieren la capacidad del postprocesador para manejar estas variables y generar automáticamente el código G correspondiente.
Un postprocesador paramétrico puede incluir ecuaciones de cálculo que lean las coordenadas de la pieza directamente de las variables del sistema durante la ejecución del programa, eliminando la necesidad de calcular e introducir nuevas coordenadas en el software CAM después de cada cambio. El modelo CAM contiene subrutinas, o macros, que se llaman en el programa y cuya posición se modifica en función de los parámetros introducidos en el sistema CPQ.
En el modelo tradicional, el postprocesador es estático y modificarlo requiere profundos conocimientos técnicos y suele llevar mucho tiempo. Esto puede provocar paradas en la producción a la espera de nuevos programas. La base del flujo de trabajo automatizado es que el postprocesador es una herramienta dinámica diseñada para soportar geometría paramétrica. Invertir en su personalización y simulación permite una personalización masiva y crea una ventaja competitiva para la empresa.
Ventajas y retos de un proceso automatizado
Un flujo de trabajo digital integrado aporta importantes ventajas a la fabricación. La primera es la eficiencia y la velocidad. Los sistemas CPQ reducen el proceso de cotización de semanas o días a minutos. La automatización del diseño elimina el diseño personalizado manual y el software CAM crea trayectorias de mecanizado al instante. Esto acelera el plazo de entrega total y mejora la experiencia del cliente con presupuestos y entregas rápidos.
Otra gran ventaja es la precisión y la calidad. Al automatizar el procesamiento de datos en lugar de los pasos intermedios manuales, el flujo de trabajo digital reduce el riesgo de errores humanos. Los errores en la copia manual de datos y la escritura de códigos G pueden provocar averías en la producción y productos defectuosos.
La tercera ventaja es el uso eficiente de los materiales. El sistema puede optimizar el uso de material mediante la optimización de lotes, combinando varios pedidos para optimizar el uso de perfiles y reducir el desperdicio de material. El software de anidado, que forma parte de los sistemas CAD/CAM, optimiza la disposición de las piezas en las chapas, ahorrando material y reduciendo costes.
Crear un proceso automatizado requiere capital inicial. Las máquinas CNC y el software asociado, como los sistemas CPQ, CAD y CAM, requieren capital, lo que puede suponer un obstáculo importante, sobre todo para las empresas más pequeñas.
Otro reto crítico es la necesidad de competencias y la resistencia a la tecnología. Los tradicionales conocimientos manuales de programación CNC y manejo de máquinas están siendo sustituidos por conocimientos de sistemas y gestión digital de flujos de trabajo. Esta falta de conocimientos puede suponer un importante cuello de botella. También es común la resistencia de los empleados a adoptar nuevas tecnologías, lo que requiere una cuidadosa formación y gestión del cambio.
El tercer reto está relacionado con la integración y la seguridad. Pasar de sistemas dispares a una única red integrada hace más eficiente el flujo de información, pero al mismo tiempo crea nuevos riesgos de seguridad si la arquitectura del sistema no está bien diseñada. Además, la integración perfecta de distintos sistemas, como el ERP y el software CAM, puede ser técnicamente compleja y requerir conocimientos especializados.
CAM para el futuro
La inteligencia artificial (IA) es el siguiente paso en la evolución de la programación CNC, que lleva la automatización a un nuevo nivel. El software CAM basado en IA puede generar automáticamente trayectorias de mecanizado y optimizar parámetros, teniendo en cuenta los requisitos de las herramientas, los útiles y las máquinas herramienta. Esta tecnología acelera considerablemente la elaboración de presupuestos y la programación.
El aprendizaje automático también puede utilizarse para optimizar los procesos en tiempo real. Los sensores recopilan datos sobre la velocidad del husillo, el avance, las fuerzas de la herramienta y el desgaste. Los algoritmos de IA analizan estos datos y ajustan los parámetros de mecanizado sobre la marcha, maximizando la eficiencia, mejorando la precisión y prolongando la vida útil de las herramientas.
Además, la IA permite el mantenimiento predictivo. Puede analizar los datos de rendimiento de la máquina, como la vibración y la temperatura, y predecir posibles fallos antes de que provoquen paradas de producción. Este enfoque predictivo reduce los tiempos de inactividad imprevistos y los costes asociados.
