Qué buscar en la automatización de alta velocidad para la producción de pipetas

Ahora más que nunca es crucial hacer la elección correcta en cuanto a un sistema de automatización para la producción de pipetas. La demanda de pipetas se está disparando y, en algunos casos, los plazos de entrega son prohibitivos. No hay duda de que comprometer la producción por el precio o el plazo de entrega será una elección muy pobre y pagaría por ello durante la próxima década.

Algunos son escépticos sobre la sostenibilidad del reciente aumento del consumo de pipetas y atribuyen el incremento de la demanda al COVID-19. Lo más probable es que hayamos experimentado un cambio radical y que el aumento de la demanda continúe hasta 2025 e incluso más allá.

También existe una tendencia a utilizar pipetas con puntas de mayor calidad. Hay presión para hacer más pruebas en menos tiempo y los sistemas automatizados requieren puntas con tolerancias más estrictas. Los requisitos reglamentarios exigirán que la mayoría de puntas sean filtradas casi de la noche a la mañana. ¿Qué significa esto para los propietarios de marcas y los fabricantes por contrato? La necesidad de aumentar la capacidad lo más rápidamente posible.

Hay muchos factores críticos por tener en cuenta a la hora de elegir un concepto de fabricación, independiente del proveedor que se elija. A medida que aumenta la producción, el impacto de cualquier compromiso se vuelve más significativo. Cuando se trata de piezas médicas de gran volumen y tolerancia ajustada, como las puntas de pipetas, los dos factores más importantes son el rendimiento y la salida. El rendimiento es la tasa instantánea de producción, y la salida es la sostenibilidad del rendimiento en el tiempo. Ambos son de vital importancia y ninguno es fácil de conseguir.

Rendimiento y salida

Solo hay dos factores que determinan el rendimiento: la cavitación y la duración del ciclo. La cavitación puede optimizarse en función de la demanda anual y cuantas más sean, mejor. Naturalmente, hay un punto de quiebre en el rendimiento y 64 cavidades constituye un buen equilibrio entre posibilidad y practicidad. Es posible lograr una mayor cavitación, pero hay que superar algunos retos.

El mejor tiempo de ciclo posible viene determinado por los límites del componente más lento. Sacrificar el tiempo de ciclo en aras del gasto de capital es siempre una mala elección. La pieza debería ser el factor determinante, pero con frecuencia no lo es. Cada componente tiene su impacto y hay que determinar los límites de cada uno. Todas estas cosas son determinables y cada proveedor de los componentes clave debe estar dispuesto a comprometerse a alcanzar el rendimiento necesario.

Sacrificar el tiempo de ciclo en aras del gasto de capital es siempre una mala elección.

Mantener el rendimiento a lo largo del tiempo requiere un enfoque disciplinado para diseñar la mejor solución posible, especialmente para la automatización. Hay cuatro componentes que se consideran “detractores” de la eficiencia global de los equipos (OEE): el mantenimiento programado, los cambios de producto y de lote, las influencias internas y externas, y las macro y microparadas.

El impacto positivo de la optimización del rendimiento y la salida puede ser enorme. La monetización del efecto depende directamente de la aplicación, pero debe cuantificarse y considerarse antes de realizar cualquier inversión.

La figura 1 muestra el incremento de la producción, tanto en número de piezas como en aumento del margen, a partir de ligeras mejoras.

El proveedor de automatización tiene un mayor potencial de mejora. Para cuantificar el impacto de una mejora de 0.7 segundos en el tiempo de ciclo y solo un aumento del 3 % en la eficiencia (OEE), la tabla 1 muestra que la producción anual (rendimiento en el tiempo) se incrementa en 51 millones de piezas. Esto es mucho más que la producción anual de un sistema típico de 16 cavidades.

Incluso con estimaciones conservadoras, el aumento del margen puede justificar la inversión de capital en muy poco tiempo. Esto solo demuestra que es muy importante realizar una evaluación holística de la solución para el costo total de propiedad. También es importante asegurarse de que los equipos elegidos sean capaces de alcanzar las metas de tiempo de ciclo y eficiencia.

Las mejoras en el tiempo de ciclo y la eficiencia son objetivos que merecen la pena. Es muy fácil de decir y no muy fácil de lograr. Tiene que haber datos sólidos y verificables que sirvan de base para la evaluación. No puede ser un deseo o, incluso, una buena suposición.

Todo acuerdo de suministro que incluya una declaración de trabajo y una especificación de diseño debe añadir una especificación de rendimiento y debe utilizarse en la definición de éxito y aceptación. Esto es especialmente importante para las pruebas de aceptación en fábrica y en sitio. Al fin y al cabo, si no puede alcanzar los objetivos para el periodo de aceptación, cómo puede esperar hacerlo a lo largo de un año. Su proveedor debe estar dispuesto a comprometerse con estos objetivos en colaboración con los demás proveedores clave. El viejo dicho: “pon tu dinero donde está tu boca” es la mejor garantía de éxito.

Flexibilidad y confiabilidad

Hay una relación muy fuerte entre flexibilidad y confiabilidad. En la mayoría de los casos, algo que puede hacerlo todo no es realmente bueno en nada. La automatización de alta velocidad requiere mucho capital, pero esto no quiere decir que debe ser costosa. Si se percibe demasiado costosa, es que algo va mal.

Una solución de automatización que no se utiliza mucho es mucho menos eficaz. Se necesita flexibilidad, pero la flexibilidad debe ser una necesidad definida, no “por si acaso”. El objetivo debe ser el 100 % de utilización y no el 100 % de cobertura de todas las aplicaciones.

En la mayoría de los casos, algo que puede hacerlo todo no es realmente bueno en nada.

Garantizar la trazabilidad

La idea de la clasificación por cavidades y la trazabilidad a nivel de cavidad resulta muy atractiva. Solo una cavidad por bandeja es muy factible. La pregunta es: ¿hasta dónde se puede mantener esa integridad? La bandeja va en un soporte, el soporte en una caja, la caja en un cartón y el cartón en un pallet. Mantener la integridad de la clasificación específica de la cavidad significa la recogida de más de 17 millones de puntas en una aplicación típica (equivalente a un pallet completo) para cada cavidad antes de poder realizar los envíos (tabla 2).

Los beneficios potenciales son notables en cuanto a la reducción de los desperdicios y costos de devolución y garantía. Aprovechar estas ventajas supone un compromiso importante para mantener la “pureza” de la solución. Sin duda, esto puede hacerse, pero la pregunta es: “¿Realmente quiere hacerlo?”.

Inspección visual al 100 % y rechazo

La inspección al 100 % se convierte cada vez en una opción más deseable que la clasificación por cavidades. Clasificar por cavidades no significa que las piezas estén buenas y no facilita el proceso de control de calidad. Los mismos defectos sistémicos se desarrollarán con el tiempo, e inspeccionar incluso una punta de cada cavidad cada 3 horas requeriría al menos tres personas trabajando 24 horas al día y esto costaría una fortuna. Muchos opinan que, si se sabe que las piezas están buenas, los beneficios de la clasificación por cavidades disminuyen. Los beneficios de la inspección al 100 % son muchos, tanto en costos de mano de obra directa como indirecta.

Además, no clasificar por cavidades no significa que no se pueda tener trazabilidad si se utiliza la inspección al 100 %. ¿Por qué no hacer ambas cosas? Es una posibilidad real, pero el costo de los equipos y la gran cantidad de espacio necesario hacen que la aplicación de este enfoque “redundante” sea poco práctica. Una inspección completa al 100 % es una mejor opción y los beneficios son más tangibles. Una alternativa eficaz podría ser la “clasificación por grupos”, que puede combinarse con la inspección al 100 % y es mucho menos engorrosa.

¿Qué debo medir y cómo lo hago?

Antes de abordar el “qué y el cómo”, quizás tenga sentido abordar el “cuándo”. La respuesta es “lo antes posible”. De ese modo, se tiene una pérdida mínima de consumibles (todos los materiales comprados utilizados en la fabricación). Si las piezas se rechazan después de haber moldeado la punta, solo hay involucrado un 6,5 % de los consumibles (tabla 3). La punta es un monomaterial y resulta más fácil de recuperar. Cuanto más avanza el proceso, mayor es el costo y el reciclaje se vuelve mucho más difícil.

Existen sistemas en el mercado que utilizan tres tipos de mediciones (Fig. 2). La primera medición cubre el 100 % de las piezas, pero no el 100 % de los posibles defectos. La inspección del 100 % está pensada para detectar defectos esporádicos (que aparecen y desaparecen y cuya causa raíz es difícil de determinar) y defectos sistémicos (que se desarrollan con el tiempo o son de naturaleza permanente, como un pasador o core pin roto).

La segunda medición se realiza de forma continua y detecta los defectos sistémicos. No se inspecciona el 100 % de las piezas. Se seleccionan por número de cavidad y se comprueban de forma no destructiva, mediante una pinza “sin contacto” (una pinza que no entra en contacto con el interior de la punta). Los datos se registran y las piezas se devuelven. Un juego completo de 64 piezas se mide en menos de 3 minutos. Este método puede detectar cosas como rebabas verticales que indican problemas de ventilación.

El tercer método es de naturaleza “destructiva” y las piezas se desechan. Esta prueba utiliza un mandril de precisión para medir la excentricidad radial y las dimensiones críticas del “calibre” desde el extremo proximal de la punta. La frecuencia de las pruebas es definida por el usuario y puede hacerse “por demanda”. Dado que los defectos se desarrollan gradualmente, la frecuencia puede coincidir con otros requisitos.

Que una cámara “observe las piezas” no es gran cosa. Configurar una inspección que pueda medir con la precisión la resolución y las tasas de salida requeridas es otra historia. Los retos continúan con el diseño de la solución para que ofrezca funcionalidad en un espacio reducido y proporcione la confiabilidad deseada.

El know-how que hay detrás del concepto es importante y los puntos finos de la funcionalidad son demasiados para abordarlos aquí. Además, existe una propiedad intelectual muy sensible para revelarla en un foro abierto, y la configuración exacta siempre se personaliza para la aplicación.

Gastos de capital y beneficios económicos

Cualquiera que haya investigado los sistemas de inspección visual sabe que hay un gasto de capital significativo. Al igual que todos los demás componentes de una celda de automatización, lo importante no es el costo, sino el valor que aporta. En la automatización, el lema es “sigue el dinero, siempre te llevará a la respuesta correcta”.

Los ahorros derivados de la aplicación pueden evaluarse en cuatro categorías. La cuantificación del impacto potencial dependerá de la aplicación, pero los criterios son siempre los mismos:

• Mano de obra directa e indirecta. Sin la inspección automatizada en línea, se requiere mucha mano de obra directa e indirecta para el control de calidad y la mayor producción hace que las tareas sean más difíciles. La mayoría de las instalaciones funcionan las 24 horas del día, por lo que se necesitan tres turnos. Solo el ahorro de mano de obra suele justificar la inversión en pocos meses.

• Detección temprana de defectos, tanto esporádicos como sistémicos, ahorra el procesamiento posterior y el gasto de consumibles adicionales. Sin una inspección al 100 %, los defectos solo se detectan cuando las piezas están acabadas, empaquetadas y, a veces, enviadas. La detección tardía casi siempre da lugar al envío del producto al vertedero.

• Reducción de los desperdicios. El desperdicio se reduce al rechazar las piezas después del moldeo y antes de que se completen las operaciones adicionales. Esto significa que solo se consume un 6,5 % de los costos de material. También permite recuperar las puntas monomaterial. En muchos casos, si es necesario, se puede detener la producción antes de que se produzcan piezas defectuosas a altas tasas de producción.

• Prevención de paradas no planificadas. Las mediciones estadísticas son especialmente útiles para medir la progresión gradual del desgaste del molde que contribuye a la excesiva excentricidad o rebabas. Las estadísticas de calidad pueden predecir el intervalo de mantenimiento necesario para planificar las reparaciones.

Montaje e inspección del filtro

Los nuevos requisitos normativos tienen un impacto muy grande en el tipo de puntas de pipeta que se necesitan. Antes del COVID-19, aproximadamente el 65 % de las puntas se utilizaban sin filtro. Las proyecciones para 2022 indican que las puntas filtradas serán la mayoría y para 2025 la tendencia apunta a que el 65 % serán filtradas.

La automatización del proceso de filtrado se ha convertido en una necesidad absoluta. El cambio en el mercado hacia puntas de mayor calidad, junto con los cambios normativos, ha generado que se cuadrupliquen las puntas filtradas. Los retos relacionados con el filtrado automatizado se magnifican drásticamente debido a los mayores rendimientos. Los conocimientos técnicos para evitar el atasco durante la orientación, y la prevención de daños en el extremo proximal de las puntas son esenciales en este caso para una mayor confiabilidad. Hay que tener en cuenta que las microparadas durante el filtrado pueden provocar paradas en el flujo ascendente, por lo que ser capaz de recuperarse de una microparada y “ponerse al día” se convierte en algo fundamental.

Utilización del espacio y del cuarto limpio

El espacio en planta disponible para manufactura se ha vuelto escaso y muchas empresas incluyen, con razón, los ingresos por pie cuadrado de fabricación en sus KPI.

Por supuesto, el espacio necesario depende del grado de automatización, pero sin duda, una de las combinaciones más eficaces para el moldeo es la inspección visual y el filtrado. La configuración que se muestra en seguida es muy compacta e incluye el moldeo, la extracción y orientación a alta velocidad, la inspección visual al 100 % y el filtrado totalmente automático. También incluye flexibilidad para diferentes tamaños de puntas y diversos filtros. Este ejemplo, ya en producción, consume solo 450 pies cuadrados de espacio de cuarto limpio.

El espacio en planta puede ser bastante caro. La capacidad adicional suele significar añadir espacio y, por lo general, espacio para el cuarto limpio. La construcción de un cuarto limpio cuesta, de forma conservadora, 200 dólares por metro cuadrado, por lo que hay que hacer valer cada centímetro. Una automatización bien diseñada puede ahorrar a menudo unos 75.000 dólares por sistema en costos de construcción (tabla 4). Los costos de funcionamiento tampoco son insignificantes y se pagan todos los años.

Inversión de capital

Independiente de cómo lo mire, el precio de un sistema de pipetas puede superar rápidamente el millón de dólares. Es una inversión en todo el sentido de la palabra. Una vez más, el término “más grande es mejor” resulta cierto y el número de cavidades vuelve a salir victorioso.

La figura 3 muestra que la producción aumenta drásticamente con la cavitación, pero la ventaja del costo de capital (mostrado en dólares estadounidenses por 1,000 piezas de producción anual) disminuye a medida que la cavitación crece más allá de las 64 cavidades. Un sistema de 64 cavidades tiene una relación precio/rendimiento muy atractiva y es una solución bien probada. Una mayor cavitación es posible y tiene sus ventajas, pero también sus dificultades.