SMED en Moldeo por Inyección

Optimizando el Cambio de Moldes

La técnica SMED forma parte de las herramientas de eficiencia en la manufactura moderna, siendo pilar importantísimo para la competitividad. Especialmente en la industria del moldeo por inyección de plásticos, donde la demanda de productos distintos y lotes más reducidos es una tendencia, actualmente ocasionada por la personalización de productos comunes.

En estos casos la reducción del tiempo de cambio de molde se convierte en un factor crítico. Aquí es donde entra en juego la metodología SMED (Single Minute Exchange of Die), una herramienta Lean que ha revolucionado la forma en que las empresas abordan sus procesos de cambio, transformando lo que antes tomaba horas en minutos.

Quién no ha visto los cambios rápidos en los “Pits de Carreras de Autos”? Es el ejemplo más palpable de como la planeación, coordinación y la ejecución precisa de cada elemento puede sincronizarse de una manera estupenda y lograr grandes resultados.

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Creado por: moldingvps.com

¿Qué es SMED y por qué es vital en el moldeo por inyección?

SMED, que se traduce como “Cambio de Matriz en un Solo Minuto”, es una metodología desarrollada dentro del Sistema de Producción Toyota, diseñada para reducir drásticamente el tiempo de preparación o “SetUp” de equipos y máquinas. Aunque el nombre sugiere un minuto, el objetivo real es lograr cambios en un tiempo de un solo dígito, es decir, menos de 10 minutos.

Para el moldeo por inyección, esto implica minimizar el tiempo de inactividad de la máquina entre la producción de una pieza y la siguiente, es decir, desde la última pieza buena del molde anterior hasta la primera pieza buena del molde nuevo.

Ventajas

En moldeo por inyección, el tiempo de inactividad por cambio de molde puede ser un problema frecuente. Este tiempo improductivo impacta directamente en la capacidad de producción de la empresa, los costos operativos y la flexibilidad para responder a las fluctuaciones del mercado. La implementación de las técnicas SMED busca transformar y disminuir estos tiempos de cambio, permitiendo a las empresas:

• Aumentar la capacidad productiva; otorgando más tiempo de máquina funcionando lo que se traduce en más piezas producidas.
• Reducir el tamaño de los lotes; al ser más rápidos los cambios de molde, se vuelve más rentable producir lotes más pequeños, lo que a su vez disminuye inventarios y mejora la adaptabilidad.
• Incrementar la flexibilidad; aumentando la capacidad de cambiar rápidamente entre diferentes productos y permitiendo una respuesta ágil a las demandas del cliente.
• Disminuir costos; reduciendo los tiempos de inactividad, bajando el nivel de desperdicio de material en el arranque y ocupando menos cantidad de tareas en los cambios.
• Mejorar la calidad; con procesos de cambio estandarizados y optimizados se reduce la probabilidad de errores y defectos al inicio de la producción.

SMED: Historia y Evolución de una Técnica LEAN

La metodología SMED fue desarrollada por el ingeniero japonés Shigeo Shingo en la década de 1960 y principios de 1970, como parte fundamental del Sistema de Producción Toyota.

Shingo, consultor de Toyota, observó los largos tiempos de preparación en las prensas de estampado y se propuso reducirlos drásticamente. Su objetivo inicial era lograr cambios en menos de 10 minutos (de ahí “single minute”).

Logró que Toyota realizara cambios en prensas de más de 1000 toneladas en menos de 3 minutos, un hito que revolucionó la eficiencia en la manufactura.

La filosofía de Shingo se basaba en la idea de que cualquier operación puede ser optimizada mediante la identificación y eliminación de desperdicios, y su trabajo sentó las bases para muchas de las técnicas Lean de hoy en día.

Así, SMED se incorporó a la metodología Lean desde sus orígenes, como una de las técnicas clave para lograr la flexibilidad y la eliminación de desperdicios que caracterizan a la producción ajustada o manufactura esbelta. A finales de la década de 1970, la metodología SMED ya había evolucionado enormemente en Toyota.

Los Principios Fundamentales del SMED

La aplicación de SMED en el moldeo por inyección se basa en cuatro pasos clave, propuestos por Shigeo Shingo:

1. Separar lo interno de lo externo:

• Actividades internas: Solo pueden realizarse cuando la máquina está detenida, por ejemplo: desmontaje y montaje del molde, conexiones hidráulicas, eléctricas y electrónicas.
• Actividades externas: Estas pueden ejecutarse mientras la máquina está en marcha o antes de que se detenga la producción, por ejemplo: preparación del siguiente molde, el precalentamiento, la organización de herramientas, la preparación del material plástico y la purga del sistema de alimentación (garganta, tolva, molino, secador, etc).

2. Convertir lo interno en externo:

Este es el corazón que rige la eficacia del SMED. Una vez identificadas las actividades, el siguiente paso es buscar formas creativas de transformar tantas actividades internas como sea posible en externas. Esto podría implicar:

• Precalentamiento de moldes fuera de la máquina: Utilizando unidades de control de temperatura externas para llevar el molde a la temperatura de operación antes de montarlo.
• Uso de carros o mesas de cambio de molde: Permitiendo que el molde a instalar sea preposicionado cerca de la máquina, y que el molde saliente sea retirado eficientemente.
• Preparación de conexiones rápidas: Reemplazar conexiones roscadas por acoples rápidos para sistemas hidráulicos y eléctricos.
• Purga de material: Si el material a moldear es diferente, la purga de la unidad de plastificación puede iniciarse antes del cambio de molde, o mientras se realiza el cambio.

3. Racionalizar las actividades internas restantes:

Una vez que se han convertido tantas actividades como sea posible, el enfoque se desplaza a las actividades internas que no pueden ser transformadas. El objetivo es hacerlas lo más rápidas y eficientes posible. Esto incluye:

• Estandarización de herramientas: Utilizar herramientas específicas y proporcionadas para cada tarea, eliminando la búsqueda y llevando al sitio solo las necesarias.
• Sistemas de sujeción rápida para moldes: Implementar sistemas de amarre hidráulicos, magnéticos o de bayoneta que reduzcan el tiempo de sujeción versus pernos y tuercas.
• Minimización de ajustes: Diseñar o rediseñar moldes y procesos para requerir la menor cantidad de ajustes posibles una vez que el molde está en la máquina.
• Trabajo en paralelo: Si es posible, que dos o más operarios realicen actividades internas simultáneamente.

4. Estandarizar y documentar el proceso:

Una vez que se han implementado las mejoras, es fundamental documentar los nuevos procedimientos de cambio en un formato claro y conciso, con hojas de trabajo estandarizadas, diagramas de flujo y videos, si es necesario. Esto asegura que los cambios sean consistentes, que el personal esté bien capacitado y que las mejoras se mantengan en el tiempo. La estandarización facilita la mejora continua al proporcionar una base para futuras optimizaciones.

Además estos archivos podrán ser utilizados para crear hojas de trabajos y entrenamientos para otros miembros del equipo y futuros colaboradores de la empresa.

SMED en la Práctica del Moldeo por Inyección

La aplicación de SMED en una planta de moldeo por inyección implica un análisis detallado y un enfoque multifuncional. Aquí se detallan pasos generales sugeridos para su implementación:

1. Observación y Medición – Ojo agudo y criterio neutral:

• Grabar un Video del proceso de cambio de molde de principio a fin, lo que proporcionará una visión objetiva de todas las actividades, tiempos y movimientos.
• Cronometrar cada paso del proceso, desde que la última pieza buena sale de la máquina hasta que la primera pieza buena del nuevo molde se produce y es aceptada.
• Dibujar un Diagrama de Espagueti para tener un mapa grafico de todos los recorridos y movimientos del equipo durante el cambio de herramienta.
• Involucrar al Equipo operativo en esta fase, ya que su conocimiento es invaluable.

2. Actividades internas y externas – Saber el que, como y cuando de las cosas:

• Revisar el video de los hechos y todos los datos cronometrados.
• Listar las actividades realizadas y clasificarlas como internas (requieren la máquina parada) o externas (pueden hacerse con la máquina en funcionamiento).
• Cuestionar cada actividad; ¿Es realmente necesaria? ¿Podría hacerse de otra manera? Realizar un análisis grupal y considerar las mejores opciones

3. Conversión de actividades – Un paso decisivo de cambio:

• Analizar si se puede convertir actividades internas a externas, una a una.
• Ejemplos:
  • Preparación del molde: ¿Se puede precalentar el molde a la temperatura de proceso fuera de la máquina?
  • Conexiones: ¿Se pueden usar acoples rápidos para agua, electricidad y aire?
  • Material: ¿Se puede tener el nuevo material purgado o listo en la tolva antes de detener la máquina?
  • Herramientas: ¿Están todas las herramientas necesarias organizadas y al alcance de la mano en un carro de herramientas dedicado?

4. Racionalización de actividades – El impacto de actividades primarias para un buen SMED:

• Internas:
  • Sistemas de sujeción: Instalar sistemas de amarre rápido (hidráulicos, magnéticos, etc).
  • Posicionamiento del molde: Utilizar rodillos en la platina de la máquina o mesas deslizantes para facilitar la entrada y salida del molde.
  • Acceso: Mejorar la ergonomía y el acceso a la máquina y al molde.
  • Secuencia optimizada: Reorganizar la secuencia de pasos y eliminar movimientos innecesarios.

• Externas:
  • Organización 5S: Implementar 5S (Seiri, Seiton, Seiso, Seiketsu, Shitsuke – Clasificar, Ordenar, Limpiar, Estandarizar, Mantener) en el área de cambio.
  • Listas de verificación (Checklists): Desarrollar listas para asegurar que todas las preparaciones externas se completen antes de detener la máquina.
  • Pre-ensamble: Ensamblar componentes o subconjuntos del molde antes del cambio.

5. Estandarización y capacitación – Fortalecimiento de equipo y sistema de trabajo:

• Crear procedimientos operativos estándar claros y visuales, para tener un registro en sistema de trabajo.
• Capacitar a todo el personal involucrado en las tareas con los nuevos procedimientos implementados.
• Realizar Pruebas de cambio para entrenar y perfeccionar el proceso, con practicas de campo.

6. Medición y mejora continua – La mejora continua es una actividad del día a día:

• Monitorear continuamente el tiempo de cambio y compararlo con el objetivo.
• Identificar nuevas oportunidades de mejora y repetir el ciclo SMED.
• Reevaluar el proceso con nuevos casos y herramientas, cuando sea necesario.

El SMED en Moldeo por Inyección genera beneficios inmediatos y de largo plazo

La implementación exitosa de SMED ofrece una multitud de beneficios para las empresas de moldeo por inyección, ya sea una empresa pequeña, desde una máquina, hasta empresas de gran tamaño con más de 100 máquinas en operación simultánea, a continuación mencionamos las más importantes:

• Mayor productividad: Reduce significativamente el tiempo de inactividad de la máquina, se maximiza el tiempo de producción real. Esto se traduce en más piezas por turno (PPH) y una mayor utilización de los equipos.
• Reducción de inventario: Permite producir lotes más pequeños con mayor frecuencia. Esto minimiza la necesidad de mantener grandes inventarios de producto terminado y en proceso (WIP), liberando capital y espacio de almacenamiento.
• Mayor flexibilidad: Mejora la respuesta a los cambios en la demanda del cliente, a las variaciones en las especificaciones del producto o a la introducción de nuevos productos.
• Disminución de costos: Reduce costos asociados con el tiempo de inactividad de la máquina (energía, mano de obra ociosa), los costos de mantenimiento de inventario y el desperdicio de material que a menudo ocurre al inicio de una nueva producción.
• Mejora de la calidad: Minimiza los errores humanos y la variabilidad. Esto conduce a una mayor consistencia en la calidad de las piezas producidas después del cambio.
• Mayor seguridad: Elimina movimientos innecesarios e inseguros, reduciendo el riesgo de accidentes durante las actividades de set up.
• Mejora del ambiente de trabajo: Empodera al equipo a participar en la mejora de sus propios procesos, lo que puede aumentar la moral, la satisfacción laboral y el sentido de pertenencia.

El SMED y los Plásticos de Procesamiento

Aunque SMED se enfoca principalmente en el proceso de cambio físico del molde; la selección y preparación de los materiales plásticos también juegan un rol primario en la optimización del tiempo, ya que son la materia prima a utilizar y no pueden descartarse sus propiedades particulares de procesamiento.

Termoplásticos vs. Termofijos:

Los Termofijos, como las resinas fenólicas, epóxicas, poliésteres insaturados; se curan con el calor y no pueden ser refundidos ni reciclados. Su manejo en el cambio de molde puede ser muy complejo debido a la necesidad de limpiar completamente la unidad de inyección para evitar la polimerización del material residual.

Los Termoplásticos, ya sean Semicristalinos o Amorfos, como el Polipropileno, Polietileno, Poliestireno, ABS, Nylon, Policarbonato, etc.; son los más comunes en moldeo por inyección y permiten un reciclado del material sobrante o defectuoso. Para ellos, el cambio de material puede implicar una purga completa del husillo para evitar la contaminación cruzada. El tiempo de purga es un elemento clave a considerar en el SMED.

Plásticos Semicristalinos vs. Amorfos:

Los Plásticos Semicristalinos, como el PP, PE, PA y PET; tienen una estructura ordenada y una temperatura de fusión definida. Su purga puede requerir más tiempo si se cambia a un material de temperatura de procesamiento muy diferente.

Los Plásticos Amorfos, como el PS, PC, ABS y PVC; no tienen una estructura ordenada y se ablandan gradualmente al calentarse. La purga entre materiales amorfos con temperaturas de procesamiento similares puede ser más rápida.

La anticipación en la preparación del material a procesar es una actividad externa clave. Esto incluye tener el material seco, precalentado si es necesario, y el equipo de dosificación limpio y listo para el nuevo material.

Casos de éxito y Consideraciones Ambientales

Numerosas empresas de moldeo por inyección han reportado reducciones drásticas en los tiempos de cambio de molde gracias a SMED. Desde fabricantes de componentes automotrices hasta empresas de bienes de consumo, los beneficios son claros.

Por ejemplo, una empresa que producía tapas de botellas logró reducir su tiempo de cambio de molde de 2 horas a 15 minutos, permitiéndole atender pedidos más pequeños y diversificar su cartera de productos.

Eventos KAIZEN/SMED

Estos eventos son propuestos periódicamente por empresas de gran tamaño, para atacar características particulares de moldes, máquinas y materiales, lo que es considerado como actividades de mejora continua, mejorando así el desempeño de la empresa gradualmente.
Desde una perspectiva ambiental, SMED contribuye a la sostenibilidad al:

• Reducir el desperdicio de material: Optimizando el tiempo de arranque significando menos piezas defectuosas producidas al inicio de una nueva orden de producción.
• Disminuir el consumo de energía: Eliminando el tiempo de inactividad, las máquinas pasan menos tiempo en “modo de espera” o en fases de calentamiento y purga prolongadas.
• Optimizar el uso de recursos: Mayor eficiencia en la producción implica un uso más inteligente de la maquinaria y la mano de obra.

SMED es una herramienta que no solo mejora la rentabilidad, sino que también alinea los procesos productivos con prácticas más responsables y sostenibles, un aspecto cada vez más valorado en la industria del plástico.

Su implementación es una inversión estratégica que se traduce en una notable mejora de la eficiencia operativa. No se trata solo de ser más rápidos, sino de ser más inteligentes en cómo se gestionan los recursos y el tiempo.

Al transformar lo que antes era un cuello de botella en un flujo ágil, las empresas pueden desbloquear un potencial significativo para la productividad, la flexibilidad y la rentabilidad, mientras contribuyen a un proceso productivo más sostenible. Es un camino que, aunque requiere un compromiso inicial, recompensa con creces a largo plazo, permitiendo a las empresas de moldeo por inyección no solo sobrevivir, sino prosperar en un mercado cada vez más exigente.

Glosario:

• SMED (Single Minute Exchange of Die): Metodología de manufactura Lean que busca reducir el tiempo de cambio de herramientas o moldes en equipos de producción a un tiempo de “un solo dígito” (menos de 10 minutos).
• Lean Manufacturing: Filosofía de gestión enfocada en la eliminación de desperdicios en todos los procesos de producción, con el objetivo de maximizar el valor para el cliente.
• Tiempo de Setup: El tiempo que transcurre desde la finalización de la producción de un lote de producto hasta el inicio de la producción de un nuevo lote, incluyendo el ajuste y preparación de la maquinaria.
• Termoplástico: Tipo de plástico que puede ser fundido y moldeado repetidamente mediante calentamiento y enfriamiento, como el Polipropileno o el ABS.
• Termofijo: Tipo de plástico que, una vez moldeado y curado mediante calor, no puede ser refundido ni remoldeado, como las resinas epóxicas.
• Plástico Semicristalino: Plástico con regiones ordenadas (cristalinas) y desordenadas (amorfas) en su estructura molecular, como el Nylon o el Polietileno.
• Plástico Amorfo: Plástico con una estructura molecular desordenada y sin puntos de fusión definidos, como el Policarbonato o el Poliestireno.
• Unidad de Control de Temperatura (TCU): Equipo utilizado para controlar y mantener la temperatura de los moldes de inyección a un nivel deseado.
• Acoples Rápidos (Quick Connects): Conectores diseñados para una conexión y desconexión rápida y sencilla de líneas de fluidos (agua, aire) o eléctricas, sin necesidad de herramientas.
• 5S: Metodología japonesa para la organización y mantenimiento de un entorno de trabajo limpio, ordenado y eficiente: Seiri (Clasificar), Seiton (Ordenar), Seiso (Limpiar), Seiketsu (Estandarizar), Shitsuke (Mantener).

Referencias:

• Shingo, S. (1985). A Revolution in Manufacturing: The SMED System. Productivity Press.
• SafetyCulture. (2024). SMED: Qué es. Recuperado de https://safetyculture.com/es/temas/que-es-smed/
• Protolabs. (2022). Ventajas y desventajas del moldeo por inyección. Recuperado de https://www.protolabs.com/es-es/recursos/blog/moldeo-por-inyecci%C3%B3n-cu%C3%A1les-son-las-ventajas/

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