Automatización del diseño y la programación CAM para reducir en un 30 % el tiempo de programación CNC

Innovación en la industria de la automoción

Los automóviles y su proceso de fabricación han cambiado sustancialmente en las últimas décadas. Lo que antes se fabricaba en serie, desde los componentes hasta el producto acabado, ahora tiene un alto grado de individualización. Los fabricantes de automóviles necesitan equipos de producción capaces de fabricar grandes cantidades de piezas y ensambles complejos con suficiente flexibilidad para cambiar piezas con rapidez y frecuencia.

GROB-WERKE GmbH & Co. KG (GROB), empresa pionera en la construcción de máquinas herramienta y de alta calidad, fabricó su primera fresadora de roscas en 1933. Desde entonces, esta empresa familiar se ha convertido en uno de los principales fabricantes de innovadores sistemas de producción y automatización, sobre todo para los principales fabricantes de la industria de la automoción del mundo y sus proveedores. El portfolio de productos de GROB abarca desde centros de mecanizado autónomos de cinco ejes hasta líneas de transferencia para la producción de piezas mecánicas. También cuenta con sistemas de producción de tracción eléctrica e híbrida, incluidos motores eléctricos, así como líneas de ensamble de módulos de baterías y celdas de combustible.

Para la planificación de proyectos, el diseño, la validación y la generación de programas CNC, GROB utiliza Plant Simulation, NX y Teamcenter con una integración ERP bidireccional, que cubre cinco emplazamientos de ingeniería y fabricación en todo el mundo. (imagen cortesía de GROB)

Ingeniería global

Gran parte del éxito de GROB radica en su capacidad para anticiparse a los cambiantes requisitos del mercado y responder con soluciones innovadoras. Esta estrategia se ha visto respaldada por la adopción temprana de herramientas y sistemas de software orientados al futuro para ayudar a los ingenieros a diseñar, ingeniar y fabricar equipos de producción de automóviles.

Hacia el año 2000, GROB incorporó el diseño asistido por ordenador (CAD) mediante el modelado 3D para diseño conceptual y diseño detallado. La empresa utilizó el software NX™ para sustituir los planos en 2D que, a menudo, seguían efectuándose en papel. «Nuestros ingenieros de diseño trabajan en estrecha colaboración en todas nuestras plantas de producción de Alemania, Italia, China, Brasil y EE.UU.» afirma Christian Lisiecki, director y responsable de Sistemas de mecanizado de GROB. «Estandarizar el CAD con NX era un proyecto global que estaba destinado a implementarse en toda la empresa».

Este temprano proyecto de digitalización también incluía software de gestión del ciclo de vida del producto (PLM). GROB optó por el portfolio de software PLM Teamcenter® por su profunda integración con NX y su rendimiento superior en varias instalaciones. NX y Teamcenter se han implementado en todo el mundo. «Teamcenter es la única fuente de información de todos los ingenieros de diseño de GROB en todas nuestras sedes mundiales», confirma Lisiecki. GROB aprovecha Machine Resource Library (MRL), una aplicación de Teamcenter que proporciona clasificación y gestión de datos para recursos de ingeniería de fabricación. «Sus funcionalidades de flujo de trabajo nos permiten formar eficaces equipos de proyecto en todas nuestras sedes mundiales», afirma Lisiecki.

Al principio, la lista de materiales (BOM) se intercambiaba entre Teamcenter y el software de planificación de recursos empresariales (ERP) de la compañía por otros medios menos eficientes. En la actualidad, la información se transfiere entre estos sistemas mediante Teamcenter Gateway para SAP Business Suite (T4S). «La eliminación de los silos de datos hasta ahora aislados redujo en al menos un 80 % el tiempo necesario para la compilación de las BOMs», asegura Lisiecki. «También redujo en un 95 % los consabidos errores de desajuste».

Los ingenieros de GROB utilizan NX CAM para la generación y simulación de programas CNC. (imagen cortesía de GROB)

Un gemelo digital integral

Los ingenieros de GROB crean el gemelo digital completo de cada máquina o línea de producción mediante NX de muchas tareas que van más allá del modelado. Efectúan análisis de elementos finitos (FEA) con el software NX NASTRAN, así como simulaciones de dinámica computacional de fluidos (CFD) con NX CFD. Utilizan software de terceros para el diseño de diagramas de circuitos y armarios. Además, usan la aplicación de enrutamiento 3D integrada en NX para diseñar y enrutar tubos de fluidos y arneses de cables eléctricos en sus complejos ensambles. Como partes sustanciales de los equipos GROB se construyen con chapa, también utilizan NX Sheet Metal Design, un entorno a medida para el diseño de piezas complejas de chapa.

«Con su gran cantidad de aplicaciones especializadas, el uso de NX permite a los ingenieros abordar diversas tareas de diseño sin salir del entorno habitual», afirma Florian Zingerle, ingeniero de diseño y usuario de NX en GROB. «Trabajar permanentemente en el marco global de Teamcenter les ayuda a tejer un hilo digital desde el diseño preliminar hasta la producción».

En GROB, el diseño de máquinas y equipos de automatización no se limita a NX. Los ingenieros utilizan Plant Simulation del portfolio Tecnomatix® para el diseño conceptual ya en el mismo proceso de venta. El uso de Plant Simulation permite a GROB simular el flujo de materiales y la utilización de las máquinas, lo que se traduce en optimizaciones conceptuales. Esto proporciona una base sólida para todo el trabajo de diseño posterior. Utilizan Process Simulate, también del portfolio de Tecnomatix, para la simulación de robots que integran en sus diseños a fin de verificar los tiempos de ciclo y descartar colisiones.

GROB utiliza NX para automatizar el trabajo de diseño y programación CNC con un mecanizado basado en figuras que reconoce el 95 % de los tipos de taladros estándar de GROB, así como entre el 70 % y el 80 % de otras figuras. (imagen cortesía de GROB)

NX, Teamcenter y Tecnomatix forman parte de Siemens Xcelerator, la plataforma empresarial de software, hardware y servicios.

Los ingenieros de GROB utilizan el software Mechatronics Concept Designer™, que forma parte de NX, a fin de crear y validar conceptos de diseño alternativos para conjuntos críticos. En el otro extremo de la máquina de producción o la creación de la línea, utilizan ese software para la puesta en marcha virtual. Completo con definiciones cinemáticas, el gemelo digital de una máquina se conecta de la plataforma de simulación Siemens Simit al controlador de lógica programable (PLC) para la simulación hardware-in-the-loop (HiL). La puesta en marcha virtual acorta de forma considerable los plazos de entrega, sobre todo si los diseños de líneas más grandes incluyen máquinas de terceros que se entregan directamente al cliente. GROB efectúa la puesta en marcha virtual en sus oficinas. De este modo, reduce de manera considerable el tiempo empleado y optimiza el trabajo realizado en las plantas de producción.

Los ingenieros de GROB utilizan el software Mechatronics Concept Designer para la puesta en marcha virtual. (imagen cortesía de GROB)

Generación automatizada de piezas

GROB utiliza principalmente NX CAM para crear programas de control numérico por ordenador (CNC). Los ingenieros no intercambian programas CNC, sino modelos en 3D entre las instalaciones de producción, con Teamcenter como distribuidor central de información. Estos modelos se convierten localmente en programas CNC teniendo en cuenta la maquinaria local y las herramientas disponibles.

Muchos diseños presentan variaciones que difieren, por ejemplo, en el número y el tamaño de los orificios o las bolsas. GROB utilizó la funcionalidad de figura definida por el usuario (UDF) de NX para crear una biblioteca de reglas de mecanizado con tipos de taladros, cajeras y definiciones de superficies estándar, incluidas las herramientas necesarias para operaciones de mecanizado. El resultado fue un ahorro sustancial en varias fases del proceso de creación del producto. «El uso de NX CAM para el mecanizado basado en figuras nos ayudó a automatizar el trabajo de diseño y programación CNC», afirma Zingerle. «Al reconocer el 95 % de los tipos de taladros estándar de GROB, y entre el 70 el 80 % de otras figuras, el reconocimiento automático de figuras ha reducido en un 30 % el tiempo de programación CNC. También ha disminuido considerablemente el uso de diferentes herramientas».

«Conseguir estos altos niveles de automatización e integración de datos nos llevó tiempo y requirió tres factores cruciales», explica Lisiecki. «En primer lugar, los productos de software de la plataforma empresarial Siemens Xcelerator, con su estabilidad a largo plazo y su interoperabilidad universal; en segundo lugar, el soporte continuo y fiable de las aplicaciones por parte de Siemens, un socio familiarizado con nuestros requisitos, y en tercer lugar, la experiencia interna que facilita las mejoras continuas con gran agilidad».

Martin Wagner dirige el grupo de tecnología de la información (IT) que respalda el software técnico y convierte los diseños de piezas de los clientes para su uso en un gemelo digital de GROB. Como ejemplo de funcionalidad programada internamente que requiere expertos en IT familiarizados con todos los tipos de software que intervienen, Wagner explica lo siguiente: «El intercambio de información entre Teamcenter y el software ERP consiste en algo más que mover BOMs mediante la interfaz de T4S. La secuencia de piezas se ajusta automáticamente a los requisitos de, por ejemplo, compras, tras lo cual la BOM se devuelve a ingeniería para su realineación automática».

Los trabajadores de producción de GROB confían en la información válida de los visualizadores el formato de datos JT™ de Teamcenter en monitores en lugar de utilizar documentos impresos. Mediante una aplicación abierta de NX para extraer figuras de los modelos de NX, los expertos de IT de GROB implementaron la generación automática de enrutamiento del flujo de trabajo. «Son lo suficientemente detallados como para diferenciar entre tuercas soldadas y tuercas remachadas e indicar su orientación», afirma Stefan Schur, líder de grupo de Soporte de la Fabricación de GROB. «El flujo de trabajo generado automáticamente y basado en NX eliminó casi del todo los errores en la planta de producción».

Otro ejemplo de automatización del diseño es que cualquier versión del diseño de Teamcenter activa el proceso de cambio en el software ERP. Como consecuencia práctica, el software se utiliza, junto con todos los demás planos, para crear un documento en el que se indican los cambios.

GROB usa NX no solo para diseñar y fabricar sus equipos. Cuando la empresa desarrolló una novedosa tecnología de fabricación aditiva (AM) para la producción rápida y económica de piezas de aluminio, integró la solución de AM todo en uno de NX. Se enlaza con el software de trozador de la máquina, que genera toda la información necesaria para fabricar las piezas. Los usuarios de estas innovadoras máquinas de AM también utilizan NX para crear las estructuras de soporte de las piezas. «Con el software de Siemens, hemos ampliado nuestra transformación digital para incluir la experiencia del cliente», concluye Lisiecki.

Los trabajadores de producción de GROB confían en la información válida de los visualizadores JT de Teamcenter en monitores en lugar de utilizar documentos impresos. (imagen cortesía de GROB)