Un fabricante de rodamientos cumple con los estrictos requisitos de precisión a la vez que mejora su productividad

Apoyo a la movilidad

Durante siglos, los seres humanos han intentado mejorar la movilidad de personas y materiales reduciendo la fricción entre las partes en movimiento. Los creadores de las pirámides y de Stonehenge fueron capaces de mover estructuras gigantes al colocar rodillos de madera bajo grandes pesos con el objetivo de reducir el coeficiente de fricción y la fuerza necesaria para moverlos. Estas maravillas del mundo fueron posible gracias a las primeras aplicaciones conocidas de rodamientos.

Los modernos se documentaron por primera vez en el siglo XV, con Leonardo da Vinci y su modelo de helicóptero. Desde entonces, el diseño, movilidad y precisión de los rodamientos se han desarrollado de manera significativa en muchos campos de aplicación. En las industrias de semiconductores y dispositivos médicos, la miniaturización y el aumento de la complejidad de los productos han revolucionado los sistemas de movimiento y sus componentes. La precisión y exactitud de los mismos están muy relacionadas con los ensambles de rodamientos y con su integración en los sistemas. Precisie Metaal Bearings (PM-Bearings) es uno de los pocos fabricantes del mundo que ofrece rodamientos lineales de gran precisión.

Un líder en los rodamientos de precisión

PM-Bearings está especializado en el diseño y fabricación de rodamientos lineales muy precisos, sistemas de movimiento y mesas de posicionamiento. Abastece a los sectores de semiconductores, dispositivos médicos y máquinas herramienta. La empresa se fundó en 1966 como un fabricante de rodamientos lineales. Con el tiempo, se ha ampliado para incluir el diseño, fabricación y montaje de mesas de posicionamiento multieje y personalizadas con integración mecatrónica completa. Ubicada en Dedemsvaart, Países Bajos, la empresa da trabajo a 140 empleados y suministra sus productos a clientes de todo el mundo. Estos varían desde rodamientos muy pequeños (10 milímetros de longitud) hasta sistemas con huella de 1,2 a 1,5 metros cuadrados con una longitud de carrera de un metro. El portfolio abarca componentes de movimiento lineal que incluyen raíles de precisión y mesas de posicionamiento y de rodamientos. PM-Bearings forma parte de PM Group, junto a otras empresas especializadas en mecanizado de alta tecnología. Su base de clientes internacional va desde Silicon Valley hasta Shenzhen.

Centrados en las necesidades del cliente

La diversidad de las necesidades del cliente presenta desafíos para este fabricante. Estos incluyen peticiones de personalización (hasta un 80 % del diseño de sistemas en la mayoría de los casos), una breve tiempo de comercialización del producto y una precisión extrema (por ejemplo, movimiento suave de dos micrones por metro). Además, hay requisitos para la reducción de tamaño de los rodamientos y materiales poco usuales, entre ellos cerámicas que se utilizan en entornos no magnéticos o de ultra vacío.

«Cuando el cliente envía una especificación, normalmente el plazo de entrega es ayer, en teoría», dice Jan Willem Ridderinkhof, mánager de Investigación y Desarrollo (I+D) e ingeniería en PM-Bearings. «Las modificaciones sencillas como mover un agujero pueden implementarse con varias operaciones. Con todo, lo cierto es que los clientes vienen cada vez más con cambios de un sistema completo. La tendencia en el sector de semiconductores es la de hacer los chips mucho más pequeños, lo que complica nuestro trabajo».

«En una de las máquinas de inspección de placas con un sistema de 5 ejes, teníamos un ajuste de tiempo de 500 milésimas de segundo y vibraciones alrededor de 50 nanómetros a la vez que realizábamos el desplazamiento lineal», continúa Ridderinkhof. «Unos requisitos de esta precisión tienen un gran impacto en nuestro modelo empresarial. Estamos pasando de un proveedor de rodamientos de precisión a un integrador de sistemas de movimiento.»

Para mantener la ventaja competitiva, PM-Bearings sabía que el control total de la realización del producto, de diseño a entrega, era esencial. Es por eso por lo que la compañía eligió un conjunto integral de soluciones del especialista en gestión del ciclo de vida del producto (PLM) Siemens Digital Industries Software. Este incluye el software NX™ para el diseño asistido por ordenador (CAD), el software Simcenter™ para la predicción del rendimiento, NX CAM para la fabricación asistida por ordenador y el software Teamcenter® para PLM con el fin de asegurarse de que todos los implicados usen los mismos datos y los flujos de trabajo para tomar las decisiones correctas. PM-Bearings ha usado estas soluciones durante más de una década, con el apoyo del distribuidor de Siemens Digital Industries Software: cards PLM Solutions. «Tener un contacto local es muy útil para nosotros», explica Ridderinkhof. «Hicieron un gran trabajo a la hora de implementar y personalizar Teamcenter. También con Simcenter, mantienen contacto con los expertos de Siemens Digital Industries Software.»

«En cards PLM Solutions, nuestro objetivo es el de facilitar que los clientes tengan los mejores productos posibles», dice Erik Burghoorn, CEO de cards PLM Solutions. «Utilizamos nuestra experiencia para ayudar a las empresas a implementar las soluciones de software, que incluyen las mejores prácticas para satisfacer sus requisitos. cards PLM Solutions posibilita a las empresas como PM-Bearings el aumento de la eficiencia con la digitalización de sus procesos de producción.»

Materializar ideas con NX

¿El rodamiento lineal rueda o se desliza? ¿El movimiento será lineal o circular? ¿La fuerza del raíl es motorizada o no? ¿Cuál es el material (metal o cerámica) que mejor se adapta a las condiciones operativas del rodamiento? Walter Meijerink, ingeniero mecatrónico en PM-Bearings, toma este tipo de decisiones todos los días mientras utiliza NX para diseñar raíles lineales y sistemas de posicionamiento, teniendo en cuenta las especificaciones en cuanto a precisión, reiteración, carga y entorno operativo. «Soy el responsable de transformar los requisitos de los clientes en dibujos finales», comenta Meijerink. «NX CAD me ayuda a desarrollar ideas de diseño de manera rápida y eficiente».

En lugar de clasificar las piezas por códigos alfanuméricos, la función de familia de piezas de Teamcenter permite a PM-Bearings clasificar las piezas basándose en criterios predeterminados. Les ayuda a integrar variaciones de piezas e impartir métricas configuradas y estándares de diseño. Por ejemplo, las piezas similares de longitudes diferentes pueden agruparse bajo una única familia de piezas. «La familia de piezas es una funcionalidad muy útil», dice Meijerink. «Puedo ensamblar rápidamente distintas piezas, lo que supone un ahorro de tiempo significativo». El modelo completo se puede compartir fácilmente con los analistas de diseño y los ingenieros CAM. Así, el desarrollo de producto es más rápido y breve. «Otra de las funcionalidades clave de NX CAD que es muy importante para mi trabajo es la posibilidad de leer datos de diseño de otros clientes que utilizan distintas plataformas CAD», añade Meijerink.

Acelerar las iteraciones de análisis

«La plataforma integrada de NX CAD y Simcenter 3D CAE nos ayuda a agilizar nuestras tareas diarias», señala Mathys te Wierik, ingeniero de I+D en PM-Bearings. «Una vez que se han completado los diseños, se deben analizar para comprobar el rendimiento y la rigidez. Simcenter destaca en este aspecto. Puedo preparar la geometría fácilmente para la simulación; introducir, si es necesario, una simplificación de la misma, como superficies medias, mallarla, enviar la tarea al solver de NX Nastran y analizar los resultados.»

En caso de necesidad, puedo realizar modificaciones en la geometría, como intercambiar refuerzos sobre la marcha, directamente dentro de Simcenter», añade te Wierik. «Dado que todas las piezas asociadas se han actualizado automáticamente, puedo resolverlo y comparar los análisis, lo que ahorra mucho tiempo. Después de varias iteraciones de diseño y análisis, el diseño validado se envía directamente al ingeniero CAM, sin tener que exportar los datos en un formato distinto. »

«Anteriormente, externalizábamos el cálculo de los elementos finitos», comenta te Wierik. «Los resultados tardaban dos semanas. Ahora, con Simcenter, podemos obtenerlos en cuestión de minutos u horas, dependiendo de la complejidad del análisis. Esto agiliza muchas cosas. Hacer la simulación de manera interna nos da información sobre nuestro producto.»

Precisión nanométrica

Con requisitos de precisión dimensional y de minimizar la magnitud de la vibración a nanómetros, PM-Bearings se enfrenta a retos de fabricación únicos. La precisión, muy dependiente del proceso de mecanizado, afecta a la estética y al rendimiento de los productos. El mecanizado eficiente de piezas móviles precisas a partir de diseños 3D requiere instrucciones exactas de fabricación para el personal y las máquinas en la planta de producción. NX CAM, con su CAD integrado, la programación CN y las funcionalidades de simulación de mecanizado, permite a PM-Bearings definir un plan completo de fabricación antes de la primera producción.

Kenny Prins, el ingeniero de fabricación asistida por ordenador (CAM) y responsable de planificación y control de producción en PM-Bearings, sabe por experiencia que para poder configurar la producción de manera correcta a la primera, la planificación debe ser digital. «Al principio, toda la programación se hacía en la máquina», dice Prins. «Para cada uno de los cambios teníamos que verificar y modificar todo el programa, lo que suponía una gran inversión de tiempo e implicaba muchos errores. El tiempo de inactividad que provocaba en el personal y la maquinaria de la planta de producción se traducía en pérdida de tiempo y dinero. Ahora, con NX CAM podemos reducir el tiempo de programación hasta en un 80 % utilizando el gemelo digital de la pieza de trabajo, las herramientas y la máquina, lo que nos ayuda a seguir siendo competitivos.»

Como otras empresas de fabricación, PM-Bearings necesita fresar, tornear y acabar los productos de más cualidad rápidamente, a la vez que extienden la vida del producto. «Cuando recibo un modelo para producir de parte del equipo de diseño, primero me aseguro de que nuestras máquinas y herramientas pueden desempeñar ese trabajo», explica Prins. «Una verificación rápida de las operaciones en el software de NX CAM muestra si la máquina física y las herramientas tienen problemas a la hora de trabajar la pieza diseñada. Se trata de una funcionalidad muy útil que nos ayuda a eliminar fácilmente cualquier problema de fabricación en las primeras fases del proceso de planificación. Cuando identificamos ese problema, trabajamos con el equipo de diseño para modificarlo. Nuestros equipos confían en el software de Teamcenter para la colaboración y el intercambio de datos. Con el proceso de bucle cerrado, el cambio de diseño se propaga automáticamente en las fases de análisis y planificación hasta llegar a la fabricación en el taller.»

«Otra función que uso todos los días es la de estrategias de mecanizado flexible en NX CAM», continúa Prins. «No todos los cortes de mecanizado son iguales. La precisión de la pieza final está directamente asociada al esfuerzo de las operaciones de corte. Las estrategias de mecanizado son diferentes cuando se fresa un gran bloque metálico o cuando se trabaja con piezas pequeñas con un grosor de cinco milímetros. El software propone automáticamente una trayectoria de herramienta para eliminar material, pero también nos aporta flexibilidad para usar nuestro conocimiento y así utilizar la mejor estrategia. Al capturar y reutilizar nuestra experiencia, aplicamos procesos de mecanizado eficientes con el fin de obtener una pieza de excelente calidad y duradera.»

Precisión a través de la digitalización

«El intercambio de modelos en 3D y el acceso a la últimas novedades son los puntos fuertes de Teamcenter», señala Ridderinkhof. «El formato JT permite la visualización del modelo no solo al equipo CAM, sino al resto de la empresa, incluidos el personal de planificación de fabricación y el taller. Todos se benefician de esa función, pues ven los modelos, los giran, descubren los componentes ocultos y comprueban cómo se ha construido la estructura. Incluso los ingenieros pueden utilizar esta información para el ensamble. Implica a todas las partes interesadas, desde ventas a la hora de demostrar los productos a los clientes hasta el personal que tiene que formar sobre cómo construir los productos. Estos atributos vinculados a los artículos, como el nombre del proveedor y el número de pieza, se utilizan para generar automáticamente la lista de materiales en el sistema ERP, ampliando nuestro proceso de digitalización de productos al departamento de compras y reduciendo los posibles errores humanos.»

«Nos hemos comprometido a seguir siendo una empresa de mecanizado de precisión, por lo que necesitamos mantenernos a la cabeza de la competición», continúa Ridderinkhof. «Para ofrecer los rodamientos y raíles de posicionamiento más precisos, digitalizamos todo nuestro proceso de ingeniería y fabricación gracias a las soluciones de Siemens Digital Industries Software. Cuanto más tiempo invertimos en el software al principio del proceso de producción, mejor será la producción de nuestra empresa. La eficiencia general de nuestra empresa está aumentando. Podemos entregar una amplia gama de rodamientos en menos tiempo a la vez que eliminamos los fallos y mejoramos la cualidad, lo que resulta en una incremento de nuestra rentabilidad.»