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La nueva línea de embalaje automatizado ayuda al fabricante de aislamientos Isomo a eliminar los cuellos de botella y aumentar la producción

Tarea:
Proporcionar una solución de manipulación automatizada de alta velocidad que aumente el rendimiento en el final de línea con los paquetes de planchas de aislamiento de poliestireno de menor tamaño, a fin de permitir al fabricante ampliar la producción para satisfacer la creciente demanda.

Solución:
Instalar una nueva línea equipada con dos robots FANUC 410iB/300 para descargar y transferir las pilas de planchas. El primer robot las alimenta. El segundo utiliza sus pinzas para apilar la cantidad de planchas correcta y, una vez que el número de ellas es suficiente, las envía a la embaladora. Toda la configuración resulta fácil de usar y se controla y gestiona desde un PC.

Resultado:
La capacidad de embalaje se ha duplicado, con lo que se ha eliminado un cuello de botella y el cliente ha podido aumentar la producción. La velocidad y eficiencia de los robots ha reducido los tiempos de ciclo y comprimido tres turnos en solo dos.


Espacio que genera un rendimiento adicional

Lo que pocos lectores saben es que Isomo son las siglas de ISOlation Modern (que significa aislamiento moderno). Se trata de una conocida marca de planchas de poliestireno expandido, que en Bélgica se conoce por el nombre genérico de Styrofoam. La planta de producción de planchas de Isomo se encuentra en Kortrijk. Se inauguró en 1956 y todavía es propiedad de la familia Vereecke.

Isomo vende el 40 % de su producción en Bélgica. Le sigue Francia, importante mercado con potencial de crecimiento para los formatos pequeños. Ha experimentado un rápido desarrollo el año pasado y era preciso aprovecharlo lo antes posible. El problema radicaba en que la línea de embalaje existente se había convertido en un cuello de botella para los pequeños formatos y, por consiguiente, no facilitaba la tarea de materializar esos ingresos. Inicialmente, se trabajó en agilizar la tarea de embalaje semimanual (a cargo de empleados y máquinas) para poder explotar el nuevo mercado.   Desde agosto de 2011, hay una nueva línea robotizada funcionando para manipular los pequeños formatos de manera veloz y rentable. Además de duplicar la capacidad de embalaje (que actuaba como cuello de botella), permitió ampliar también la capacidad de producción y el departamento pudo pasar de tres a dos turnos. El resultado es que, con esta inversión de medio millón de euros, el mercado francés en alza se traduce en importantes resultados empresariales.

Industry Technical & Management ha hablado sobre esta nueva instalación robotizada con Thierry Vereecke (director gerente) y Dieter Werniers (director técnico ejecutivo) de Isomo, con Hans Van Essche (director adjunto) y Jelle Parmentier (ingeniero de proyecto) de Fraxinus (la empresa diseñadora y constructora de la nueva línea de embalaje) y con Peter Kiekens y Annelies Vander Hulst de FANUC (proveedor de los robots).

Producción de las planchas de Isomo

La materia prima de las planchas de Isomo es el poliestireno expandido. Este componente es un invento de BASF que data de la década de 1950, pero la patente ha caducado y hay varias empresas que lo comercializan. Existen dos tipos básicos: el poliestireno blanco puro y el poliestireno con negro de carbono que le confiere su color. Este último presenta mejores propiedades aislantes (incluso para sonido). En función de las propiedades finales, se añaden aditivos al poliestireno (por ejemplo, para crear los tipos ignífugos).

El producto básico que se suministra son microceldillas del tamaño de azúcar en polvo con una pared exterior de poliestireno y se utiliza gas pentano como agente expansor. Al aplicar calor, el pentano puede hacer que las celdas se expandan absorbiendo aire hasta multiplicar su tamaño por cincuenta. Este polvo se expande en un primer paso de producción inyectando vapor en un silo a fin de dilatar las perlas de poliestireno huecas, lo que sucede de manera proporcional al vapor suministrado durante la expansión. El nivel de expansión que se obtiene depende de la densidad que deba tener la futura plancha. Tras el secado inicial forzado durante un tiempo determinado, estas perlas se almacenan en silos de almacenamiento para su uso posterior.

Durante el segundo paso, se utiliza aire a presión para introducir en un molde el peso de perlas correcto procedentes del silo. Estas perlas se vuelven a expandir mediante inyección de aire. Debido al volumen limitado del molde (6 x 1,2 x 1 m), las perlas expandidas se comprimen entre sí y se adhieren unas a otras para crear un bloque homogéneo que contiene gran cantidad de aire (aproximadamente, el 95 % del volumen) retenido dentro de las perlas de poliestireno selladas y soldadas entre sí.

Este material de aislamiento en bloque se guarda varios días en el almacén hasta que se completa la reacción. El tercer paso consiste en cortar ese bloque. Se llevan a cabo tres fases. Primero, se determina el grosor, en función del cliente y la aplicación. Puede ser de un solo milímetro (para papel pintado aislante) o de varias decenas de centímetros (para aislar paredes, por ejemplo). En general, se procura utilizar el mismo grosor de plancha para facilitar su manipulación o limitarse a un máximo de tres grosores. A continuación, se determina la anchura deseada (que suele ser de 1,2 o 1 m y, desde hace poco, de 0,6 m). En el último puesto de trabajo, se cortan las longitudes correctas. La medida habitual son 2 m, pero cada vez son más frecuentes otras medidas, a partir de 33 cm. Este proceso se realiza por medios mecánicos, utilizando hilos de cobre pretensados y calentados mediante su resistencia eléctrica.  El hilo tenso va derritiendo el bloque y sellando la capa cortada a su paso para crear una superficie lisa. La posición del hilo se ajusta manualmente. Los bloques van pasando por los tres puestos de trabajo mediante una cinta transportadora controlada y se cortan automáticamente.

Buenas referencias

El siguiente paso es el embalaje. Antes, la mayoría de las planchas tenían 2 m de longitud (se solían utilizar para el aislamiento de las cámaras de aire de las paredes). Para embalarlas (mediante película de plástico para facilitar el transporte de varias planchas) se adquirió una máquina a finales de la década de 1980. Los bloques cortados se llevan en una cinta transportadora hasta la máquina de embalaje. Las planchas se descargan y colocan manualmente en la embaladora, que enrolla la película a su alrededor y la suelda. A continuación, los paquetes se recogen y se colocan en el palé, también a mano.

Francia es un importante mercado de aficionados al bricolaje que demandaba tamaños de plancha y paquetes más pequeños. También se utilizan dimensiones más reducidas en las tareas de renovación y aislamiento de paredes. Aunque la cadencia para las planchas grandes era de 60 m2 por hora, esta velocidad se reducía a la mitad para las planchas pequeñas. En consecuencia, había momentos en que la máquina de corte estaba inactiva. Es decir, el rendimiento de la producción cayó en picado y el precio de coste de los pequeños formatos se elevó en exceso, de modo que el precio de venta no se podía calcular.

Para no perder este mercado, a finales de 2010 se decidió instalar una línea específica para pequeños formatos. A través de Desco, proveedor de la primera máquina de embalaje con la que Isomo estaba muy satisfecho, la empresa entró en contacto con Fraxinus.  Esta última se encargó de diseñar y construir, basándose en la máquina de embalaje Seco, una instalación robotizada que pudiera embalar tres grosores.

Dos robots seguidos

La nueva línea robotizada tiene dos posiciones equipadas con sendos robots FANUC-410iB/300 (carga conjunta máxima de 300 kg). La elección del robot vino determinada, entre otros factores, por el peso máximo, el área de trabajo y las diversas fuerzas que debe soportar el robot. Los paquetes cortados, que consisten en varias pilas una tras otra formadas por planchas (cuyos grosores pueden variar) se alimentan desde la cortadora a una cinta transportadora. En la primera posición de robot, se transfieren pila a pila a una cinta transportadora que las lleva a la posición de descarga. El robot toma el número correcto de planchas con sus pinzas y las coloca en la cinta de rodillos que las lleva a la embaladora. Si la cantidad de planchas del grosor deseado que hay en la pila es inferior a la cantidad que se requiere para el paquete, el robot las deposita en una de las posiciones de espera. Si hay suficientes planchas de este grosor para crear un paquete en una posición de espera determinada, el robot las envía de la posición de espera a la embaladora.

Las planchas se desplazan por la cinta de rodillos hasta la embaladora, donde el paquete se embala con película de plástico y se suelda. El tiempo de ciclo de la embaladora es de ocho segundos. Se optó deliberadamente por no utilizar el retractilado, para asegurarse de que las planchas termoaislantes no se deterioren (pues podrían derretirse a mayor temperatura). Las planchas embaladas se desplazan por la cinta de rodillos a un segundo robot que las apila según el patrón correspondiente al palé de que se trate. Se pueden procesar hasta tres grosores distintos que se apilan en tres palés diferentes. Entre los dos robots hay un dispositivo de impresión y colocación de etiquetas para que el paquete quede debidamente identificado.

Combinación de PC y PLC

El conjunto se controla y gestiona desde un PC. El PC controla, a través de una conexión Ethernet, la impresora de etiquetas, los sistemas de control del robot y de la embaladora y el PLC (Siemens S7) que se encarga del resto de la línea. El PLC acciona las pinzas neumáticas, así como la cinta transportadora de alimentación y las cintas de rodillos de descarga. Las cintas de rodillos se accionan mediante un motorreductor SEW y transmisión de cadena hasta los rodillos; su velocidad se regula con un control de frecuencia Lenze que se comunica con el PLC a través de Profibus.

Hoy, el operario tiene que elegir en el PC un "método de manipulación" para cada bloque cortado. Las opciones están preprogramadas y dependen del tipo de bloque entrante, del grosor de corte y del patrón de embalaje deseado. Para el futuro, está previsto basar este control en la lectura de códigos de barras en la máquina y, más adelante, incorporar un sistema de ERP central. El software ya está incluido. El sistema de supervisión, desarrollado por Fraxinus, es muy gráfico y permite seguir el trabajo visualmente, para localizar cualquier interrupción que se produzca. 

Pinzas neumáticas

Fraxinus ha desarrollado las pinzas a medida. Disponen de un sistema de agarre doble, que consta de dos paredes laterales que se presionan contra las planchas de Isomo. Presentan alfileres que se insertan en las planchas para que estas no se desplomen.  El funcionamiento de las paredes laterales y los alfileres se basa en cilindros neumáticos (Festo).

Existía la opción de utilizar servomotores de eje giratorio para realizar esta operación. La ventaja era la posibilidad de integrar el sexto eje en el control del robot. Sin embargo, el coste habría sido muy alto, porque el margen regular habría tenido que ser sumamente reducido (hay 2 grosores de bloque, de 100 y 120 cm).

Puesta en marcha escalonada

Se estableció contacto con Fraxinus en diciembre de 2010. Basándose en los primeros diseños de la línea robotizada (todavía con un único grosor de plancha por bloque), Isomo realizó el pedido en enero de 2011. Durante el diseño detallado, se decidió aumentar la flexibilidad permitiendo hasta tres grosores por paquete. En marzo se pudo iniciar la construcción propiamente dicha.

La instalación in situ se llevó a cabo en dos partes. La primera parte, con el robot de desapilado y la embaladora, se puso en servicio el 6 de junio de 2011. El apilado continuó realizándose manualmente en palés, pero el embalaje funcionaba con rapidez (lo que resultó útil, porque junio es un mes ajetreado).  La pieza final, el robot apilador, se instaló en agosto de 2011 y se puso en marcha con éxito.  Se ha conseguido un gran incremento de la velocidad en la línea de embalaje, que permite gestionar 60 m³/h y, para algunos tipos, hasta 80 m³/h, lo que duplica la capacidad anterior. De este modo, se ha podido prescindir del turno de noche.

Productos FANUC utilizados