¿Cómo se arreglan las máquinas?

¿Y entonces, cómo se arreglan las máquinas?

En el artículo anterior “por qué se estropean las máquinas” concluía que era por su “genética”, representada por impedancias mecánicas y eléctricas, modos de vibración, rigideces no suficientes, diseño inadecuado de mecanismos y dampers, y concepto de trabajo con más Par que Velocidad.

O sea, tienen genes, aunque sean un de tipo diferente al nuestro. Y para evitar la propensión que aquéllos puedan tener a deteriorarse, lo que las personas debemos hacer es mucho deporte, y comer poco y sano. En las máquinas hay una correspondencia clara con esto:

• Mucho deporte: giros en vacío prolongados, una velocidad intermedia y hacerlos en rampas de subida intermitentes.
• Comer poco: la comida de una máquina es el trabajo que desarrolla: no forzarla en límites de esfuerzos ni tiempos. Su trabajo es como nuestros placeres descontrolados.
• Comer sano: evitar grasas saturadas y demás; trabajar con cos⁡φ≈1, lubricantes de excelente calidad, y lo mismo con juntas, consumibles, y, por supuesto, la calidad impecable de los materiales que procesan. Ahorrar en esto no es nada inteligente, y no sólo por esta razón, por una de mercado de valor.

Con la fábrica 4.0 y la necesidad absoluta de 6sigma en proceso y agilidad extrema, ya adelantaba que el Mantenimiento que queremos no es siquiera predictivo o RCM: necesitamos un MRO cotidiano, y quiero enfatizar lo de cotidiano como muy frecuente. Esto significa reconcebir partes enteras compatibles de las máquinas con un plan escalonado. Mejor partes pequeñas y manejables para tener fiabilidad y rapidez de la curación, pero obviamente hay un equilibrio.

Curación y no reparación. Reparar es medicar, o es labor de galenos más normales. Curar una máquina es irle cambiando sus genes; tarea de un super médico biológico.

El MRO cotidiano cambia genes (partes enteras) poco a poco, y necesita una ingeniería mecánica profunda, con dominio tecnológico y teórico, y no únicamente pragmatismo. Es una super-ingeniería de Mantenimiento, cuya vinculación estrecha, y mejor fusión, con las correspondientes de Proceso y Calidad, es algo que el modelo para el 4.0 y siguientes, demanda a gritos.

Esta fusión viabiliza ese MRO ultrafrecuente. Si vemos la siguiente figura, observamos su enfoque desde el hábito actual al saludable que ahora necesitamos.

En ella, represento extensión física (duración), frecuencia y profundidad del trabajo. Me interesan por orden inverso. La profundidad es esencial: “renuevo con materiales y sistemas avanzados compatibles, partes integradas de la máquina”. Esto requiere un conocimiento de ingeniería de verdad.

Es obvia la necesidad de más recursos y más cualificados. De ahí la fusión de las tres ingenierías con un concepto sinérgico nada similar al actual. Es una visión integral del proceso y su capacidad para dar 6sigmas y flexibilidad extrema con absolutas fiabilidad y repetibilidad. Conocimiento extremo por nuestros “super-ingenieros genetistas” de las máquinas por dentro para garantizar sus resultados por fuera. Gestión de genes; esto no es sólo empollarse los manuales de usuario de los fabricantes.

Pero parece complicado. ¿No sería mejor en alguna ocasión comprarse una máquina nueva? Pues salvo raras excepciones, no:

• Gran parte del Know-how para diferenciarnos está en los fabricantes de equipos. Mi campo de maniobra es mucho menor.
• El MRO cotidiano va adaptando la máquina a mi estrategia competitiva.
• Estoy incrementando drásticamente el nivel técnico, de gestión y de motivación de las personas, y vinculándolas con la diversión con la ciencia y tecnología, auténtico sentido de las fábricas 4.0 y siguientes.

Soy consciente de las dificultades técnicas pero, por ello, es conveniente. Alinea a la empresa y las personas con las dificultades enormes de un futuro profundamente tecnológico.

Para hacernos una idea de esas dificultades pensemos, por ejemplo, en los modos de vibración de un equipo de fabricación, por sencillo que pueda ser. Modos de vibración que, por otra parte, me interesan, porque la propia máquina me “ayuda a fabricar mejor” si utilizo velocidades de proceso que sean resonantes con las frecuencias de oscilación naturales

de los que sean más críticos. Esto es muy interesante, porque fabricar mejor significa menos stress para los mecanismos, menor gasto de energía, y una calidad 6sigma más alcanzable por predecible.

Y desde fuera puedo ayudar haciendo lo siguiente:

• Que los “pulsos” del ciclo de trabajo sean lo más senoidales posibles para así evitar descomponer por Fourier ondas de tipo rectangular en sus armónicos incontrolables.
• Trabajando más con alta velocidad y pares pequeños, para lo que en el MRO cotidiano habré tenido que ir sustituyendo determinados materiales, aligerándolos, ajustándolos, quitando desgaste y rozamiento, y dándoles rigidez K de forma compatible con el resto.
• Y cuidando así las amplitudes, que en resonancia pueden crecer, creando efectos indeseables. Por ejemplo, el “chatter” en mecanizado, aunque esto pueda evitarse impidiendo bajas rigideces y extremando la sustitución de fuerzas por velocidades.

Retomando los modos de vibración, es fácil ver que son una función de los grados de libertad de un mecanismo, y que serán:

Para 3 grados de libertad, NMV = 7, y para 2 grados NMV = 3; los dos ejes y el complejo, combinando ambos en el plano que forman.

Encontrarse con 7 modos de vibración básicos, con sus correspondientes frecuencias naturales de oscilación, será lo habitual.

Para verlo de forma más simple, tomemos un mecanismo 2D de biela-manivela.

La ecuación cinemática exacta, sencilla de deducir, es:

que cuando r es mucho menor que e, queda como un mecanismo horizontal para simplificar algún cálculo:

 Dinámicamente (M = Par):

Y aparecen los tres modos:

Si la Ω de giro es tal que coincide con ω_n, estamos en resonancia; hemos acoplado los genes de la máquina (su estructura, geometría, materiales, rigideces), al trabajo, y lo agradece y ayuda. Se siente mejor. La estoy curando (no reparando), y me lo paga con creces en calidad del proceso y en vida útil.

Cuando el trabajo consiste en una deformación pura con un esfuerzo mínimo requerido, en general elevado, esto es más difícil, pero puede intentarse. Por ejemplo, inyectar con mayor velocidad, sección de entrada mayor y curva de esfuerzo senoidal. En casos de mecanizado y similares, es más elemental: de ahí, por ejemplo, la nueva generación de máquinas de alta velocidad (HSM), que sustituyen con ésta a la profundidad de pasada. En el ejemplo de la biela-manivela se aprecia de forma fácil: si subo Ω, la velocidad de giro, crece la fuerza centrífuga F_C (máxime con poco radio r para tener rigidez en el conjunto), y entonces hay que subir K₁, la rapidez de la manivela, para que no se deforme demasiado (δ_r). La fuerza tangencial F_t y el Par M serán menores, ya que lo que importa es conservar la Potencia = M·Ω.

O sea, liquidar entropía e impedancia por todos los rincones de las máquinas, llevándolos a estados poco probables (por la entropía pequeña), pero repetibles (por la impedancia pequeña).

Y, aunque hay que partir de diseñarlas mejor, esto no puede ser disculpa para seguir un mantenimiento obsoleto entretanto.

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