Este artículo apareció en inglés en la revista Board Converting News en la edición del 4 de abril de 2022 con el título “Designing WIP Systems”.
Cada planta requiere espacio para almacenar el trabajo en curso (WIP—work in progress—por sus siglas en inglés). Puede tratarse de láminas que esperan ser convertidas o de productos de múltiples operaciones que están a la espera de un procesamiento posterior. Este artículo se centrará en las plantas de cartón corrugado con una mayoría de productos de una sola operación, pero los mismos conceptos se aplican a las plantas de láminas y a los productos que esperan un procesamiento posterior.
Un sistema WIP es esencialmente un búfer que almacena material de una operación hasta que se pueda procesar. La determinación de la cantidad de almacenamiento WIP requerida depende de la cantidad de material que se necesita almacenar y durante cuánto tiempo. Se requiere en una planta de cartón corrugado principalmente por una o más de las siguientes razones:
1. La velocidad a la que se puede producir cartón en la máquina corrugadora supera la capacidad de la planta para transformarlo. Entre otras cosas, esto puede deberse a tasas de producción dispares o a horarios de turnos diferentes. Por ejemplo, una máquina corrugadora de alta velocidad puede producir suficiente cartón en dos turnos para abastecer a los equipos de conversión durante tres turnos. Por supuesto, esto no puede continuar indefinidamente.
2. La máquina corrugadora está funcionando, pero el equipo de conversión no está produciendo debido a la programación, a una combinación de pedidos cortos con una alta relación entre tiempo de preparación y tiempo de ejecución, o a tiempo de inactividad programado o no programado.
3. Los pedidos de los clientes se pueden dividir en el programa de corrugación y se requiere espacio para consolidar pedidos completos antes de entregarlos para su conversión.
La configuración física y los requisitos de rendimiento de cada planta difieren, pero los requisitos básicos de un sistema WIP son la capacidad de almacenamiento adecuada y la capacidad de almacenar y recuperar material sin obstruir la máquina corrugadora ni dejar sin energía al equipo de conversión.
Para nuestros propósitos, supondremos que el sistema está equipado con transportadores. La corrugadora descarga en un pasillo de transferencia con uno o más carros, según el rendimiento, que luego alimentan estos transportadores WIP. Lo ideal sería que la descarga de la máquina corrugadora estuviera situada en el centro de este pasillo, pero la configuración de la planta puede impedir esto.
En una planta cuyo diseño puede acomodar muchos transportadores relativamente cortos, los transportadores WIP descargan en un segundo pasillo de transferencia que alimenta las máquinas de conversión.
Por otra parte, si el espacio asignado para el WIP es relativamente estrecho y largo, los transportadores pueden disponerse en dos o incluso más grupos de transportadores que funcionan en paralelo. La máquina corrugadora descarga en el primer pasillo de transferencia que alimenta el primer grupo de transportadores. Ese grupo, a su vez, descarga en un segundo pasillo de transferencia que alimenta al segundo grupo. El segundo grupo luego descarga en un tercer pasillo de transferencia que alimenta las máquinas de conversión. Aunque el segundo grupo puede eliminarse, un solo grupo requeriría que las longitudes de los transportadores fueran mayores y, por lo tanto, sería más difícil segregar los pedidos en líneas individuales y acceder a los pedidos que pueden empaquetarse en el medio de esas líneas.
Si alguna vez se complementa la máquina corrugadora con calidades o tamaños especiales comprados a un proveedor externo, asegúrese de proporcionar un método para que estas láminas se ingresen al sistema WIP.
Otra opción que se utiliza en Europa desde hace algún tiempo es un sistema automatizado de almacenamiento y recuperación (ASRS, por sus siglas en inglés), que utiliza estanterías y un sistema robótico para almacenar cada unidad en una matriz vertical. Estos sistemas requieren mucho menos espacio en el suelo, ya que almacenan varios niveles de material. Otra opción para maximizar la capacidad de un espacio limitado es utilizar transportadores WIP de doble nivel. Esto también se utiliza en algunas plantas europeas desde hace muchos años y requiere carros de transferencia con elevadores integrados.
Antes de continuar, se debe seleccionar un proveedor de transportadores. En las plantas actuales con transportadores, los transportadores suelen estar controlados por un sistema automatizado que almacena y recupera el material. Por supuesto, el precio y la fiabilidad son importantes, como lo son para todos los equipos, pero es esencial evaluar los algoritmos de control del proveedor o puede descubrir que no aprovecha los ahorros de mano de obra de un sistema automatizado o, peor aún, perder el control de dónde se encuentra el material. Cuando un sistema automatizado falla, hay alguna forma de determinar la ubicación de cada unidad? Si no, tendrá que inventariar todo lo que hay en el piso para identificar su ubicación, lo que se hará más difícil ya que el acceso seguro alrededor de los transportadores es difícil. En cualquier caso, es una buena idea tener un plan de contingencia para recuperarse de esta eventualidad.
Asegúrese de que el sistema pueda reaccionar a los cambios de pedidos, incluso cuando el material ya se haya entregado a las máquinas de conversión. Las láminas defectuosas, las herramientas dañadas o faltantes y los insertos urgentes son una realidad y pueden requerir que se retiren los pedidos. Manipular material a mano en un sistema inflexible es una muy mala idea y puede provocar lesiones. Si el material se reorganiza mediante controles manuales, asegúrese de corregir las ubicaciones en el sistema.
La infraestructura de la planta también juega un papel importante. Además de la energía y el aire comprimido, se necesitan conexiones de red seguras para la resolución remota de problemas.
En el pasado, los transportadores eran típicamente transportadores de rodillos con centros de tres pulgadas, pero los transportadores de banda plana los están reemplazando porque no dañan las láminas inferiores de una pila y no provocan el deslizamiento de las láminas. Además, utilizan variadores de frecuencia con aceleración y desaceleración graduales que permiten pilas más estables, por lo que el material se puede apilar más alto sin que se vuelque. Esto aumenta la capacidad de almacenamiento, reduce la cantidad de pilas que se deben manipular y reduce los ciclos de prealimentación.
Los carros de transferencia deben poder seguir el ritmo de los requisitos de flujo de material. Esto se puede lograr operando a velocidades de desplazamiento más altas, aumentando la capacidad del carro para mover más material en cada viaje, o una combinación de ambos. A medida que aumenta el número de transportadores en cada grupo, lo que resulta en una mayor distancia de viaje, esto se vuelve cada vez más significativo. Aumentar la velocidad de viaje es una solución bastante sencilla, pero puede ser insuficiente. La capacidad está determinada por el número de transportadores en el carro, y su ancho y largo. Hay al menos dos transportadores paralelos que puedan manejar dos pilas una al lado de la otra? Cada uno está compuesto por transportadores más estrechos emparejados que pueden acomodar una sola pila ancha o dos pilas más estrechas una al lado de la otra? Cuántas pilas caben en cada tramo del transportador? Aquí también, los algoritmos de control juegan un papel en la utilización del carro. El material debe liberarse a los carros en cantidades equivalentes a la carga del carro mientras se maximiza la utilización de la capacidad, y los carros deben desplazarse cuando están cargados con la mayor cantidad de material posible. El algoritmo de control debe optimizar la posición de estacionamiento de los carros, cuando no están esperando una llamada para transportar material, ya que esto acortará el tiempo de respuesta cuando el sistema solicita material. Para la corrugadora, sería cerca de su descarga, pero los carros de conversión deben posicionarse en función del cronograma de producción.
El diseño del carro también es un tema importante. Los carros suelen utilizar ruedas de uretano y una guía de acero incrustada en el suelo. Las ruedas deben rodar sobre vigas o placas de acero, ya que, con el tiempo, el funcionamiento directo sobre el hormigón acabará degradando la superficie. La energía puede suministrarse mediante raíles o festones elevados, barras de alimentación en el suelo o de forma inductiva mediante cables enterrados en el suelo. Las señales de control se pueden suministrar de la misma manera o a través de una red WIFI local o dedicada.
Qué configuración de transportadores es mejor? Eso depende de la distribución de la planta y la mezcla de productos. Claramente, si tiene una prensa jumbo, necesitará transportadores más anchos. Si tiene una mezcla de tamaños, tal vez desde mini hasta 50”, o hasta una troqueladora de 125”, puede utilizar una combinación de anchos de transportador adaptados a la distribución de anchos de lámina de su planta, pero es más simple y más flexible utilizar transportadores de ancho uniforme. Al igual que en los carros de transferencia, cada línea debería estar compuesta idealmente por transportadores estrechos en pares que, bajo control informático, puedan funcionar en modo en pares para material más ancho, o de forma independiente para material más estrecho.
En función de su mezcla y programación, y de qué tan cerca del tiempo justo planea programar, determine la cantidad de metros cuadrados de producto que desea almacenar en su sistema WIP. La configuración de su planta limitará la cantidad de líneas que se pueden acomodar y su longitud. La distribución del tamaño de las láminas y la cantidad por pila, dictadas por las ranuras y la estabilidad, se pueden utilizar para calcular la cantidad de transportadores necesarios para almacenar esa cantidad de metros cuadrados de producto. Tenga en cuenta la densidad con la que los controles permiten que se empaque el material en los transportadores; la capacidad no es el 100% de la longitud del transportador.
Las líneas de descarga de la máquina corrugadora deben poder soportar múltiples carros para garantizar que el o los carros de transferencia puedan desplazarse hasta el transportador WIP más alejado y regresar a tiempo para retirar el material de salida de la máquina corrugadora cuando funciona a máxima velocidad con pilas bajas. De manera similar, las líneas de alimentación de la máquina de conversión deben ser lo suficientemente largas como para que los carros de transferencia siempre puedan descargar varias cargas completas de carros incluso cuando la máquina está parada. Los algoritmos de control generalmente intentan colocar el material en líneas directamente opuestas al equipo de conversión en el que se procesará.
Se requiere disciplina al utilizar un sistema automatizado. Por un lado, las láminas inferiores y de inserción impedirán, en la mayoría de los casos, que los sistemas automatizados separen las pilas según sea necesario para formar cargas de carros, y deben evitarse. Por otro lado, no empuje el material fuera de la corrugadora en un intento de mantenerla en funcionamiento si no se puede procesar en un tiempo razonable, ya que al hacerlo puede sobrecargar el sistema WIP. Además, anular el sistema automatizado empaquetando manualmente las pilas puede hacer que el sistema pierda el rastro del material.
Si bien los sistemas WIP no reciben la misma atención que las máquinas corrugadoras y de conversión, dejar de diseñarlos adecuadamente impedirá que su planta obtenga todos los beneficios de su inversión en equipos.
Richard Etra es un veterano de 47 años de la industria del cartón corrugado con amplia experiencia en todos los aspectos de las operaciones de la planta de cajas. Puede comunicarse con él en richard_etra@etracorrugatedsolutions.com.
