Gradus — automatización de puentes grúa

Un almacén de bobinas que se maneja con un botón, o que funciona solo.

Gradus automatiza los puentes grúa que mueven bobinas y paquetes. El operador puede manejarlos a distancia con un solo botón, o la nave trabaja sin operador. Se instala en la grúa que ya tiene o en una máquina nueva, y hace el almacén más seguro y más rápido.

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El problema

Lo que cuesta, cada día, un almacén de bobinas gestionado a ojo.

01
La bobina correcta no aparece

En el sistema la bobina está en un sitio, en el almacén está en otro. Se busca a ojo, se mueven bobinas para llegar a la que hace falta, y para hacer inventario hay que parar.
02
Las pilas se construyen a ojo

Que una pila aguante depende de diámetros, anchos y apoyos. Juzgada a ojo, de vez en cuando cede: bobinas que ruedan, que vuelcan, material estropeado. Y para maniobrar a la vista el operador se queda cerca de la carga, con diez toneladas sobre la cabeza.
03
El espacio se llena mal

Una bobina que entra acaba en el primer hueco libre, y cuando hace falta está debajo de otras. El almacén se fragmenta y cada retirada cuesta movimientos de más.
04
Los movimientos no dejan rastro

Nadie sabe quién movió qué, ni cuándo. Si una bobina está abollada o falta, la explicación no aparece.

Por qué conviene

Qué se gana.

Un sistema así se juzga por cosas que en planta ya se miden: cuánto de seguro es el trabajo, cuánto tiempo se pierde, cuántos errores se cometen, y en cuánto se recupera la inversión.

Nadie trabaja bajo la carga

Las personas se quedan fuera del área donde trabaja la grúa. En modo guiado el operador maneja a distancia. En automático el área está cercada y los accesos tienen enclavamiento: si alguien entra mientras hay una misión en curso, la máquina se detiene.
La bobina ya está arriba

En las horas en que el almacén está parado, el sistema sube las bobinas de las listas de retirada del día siguiente. Por la mañana el turno las encuentra listas, sin tener que excavar.
El error se frena antes de que la bobina se mueva

Antes de arrancar, el sistema compara el peso leído en el polipasto con el del sistema de gestión. Si no cuadra, por ejemplo porque la etiqueta está mal, el ciclo se detiene ahí.
Se amortiza por varios frentes

Se ahorra en tiempos de retirada y de inventario, en material que ya no se estropea, y en desgaste de la grúa: las aceleraciones las gobierna la electrónica, y la máquina se desgasta menos que en manual.

Por dónde se empieza

Se sube un escalón cada vez.

Gradus tiene tres niveles, y cada uno funciona por sí solo. Se puede empezar por el primero y quedarse ahí años, o subir cuando en planta tenga sentido. Nadie le pide pasar de golpe de cómo trabaja hoy al todo automático.

Primer escalón
El almacén sabe dónde tiene las cosas

Las grúas siguen siendo manuales. Gradus lleva existencias, ubicaciones e historial de movimientos, habla con el sistema de gestión y genera los informes. En la máquina no se toca nada.
Segundo escalón
La grúa va sola adonde hace falta

Se añaden los sensores de posición y la pinza instrumentada. El sistema calcula la misión, el operador la ejecuta manteniendo pulsado un botón, a distancia.
Tercer escalón
La nave trabaja sin operador

Área cercada, accesos con enclavamiento, misiones que se desarrollan sin nadie en la nave. Este nivel exige el análisis de riesgos y la recertificación CE del conjunto, y de eso nos ocupamos nosotros.

Cada escalón es un proyecto en sí, con su propio retorno. Uno puede quedarse en el primero.

Cómo funciona

Un gemelo digital del almacén, y misiones calculadas por el sistema.

Gradus mantiene un modelo tridimensional del almacén siempre actualizado y lo conecta con el sistema de gestión. Así, incluso una misión complicada es, para el operador, un botón que mantener pulsado.

1

El modelo sigue el almacén en tiempo real

De cada bobina el sistema conoce ubicación, posición al milímetro, peso, ancho, diámetro e historial de movimientos. Las posiciones llegan de los PLC de las grúas diez veces por segundo. Lo que se ha medido queda siempre separado de lo que el sistema ha estimado.
2

El operador elige la bobina, del resto se encarga el sistema

La bobina se elige en el sistema de gestión o escaneando el código de barras del lote. En automático la lista de retirada llega del sistema de gestión y las misiones se ponen en cola solas. Gradus calcula cada misión, incluso cuando para llegar a una bobina del fondo de la pila hay que mover otras antes: hasta seis bobinas en una sola misión.
3

La grúa ejecuta, el operador supervisa a distancia

En modo guiado el operador mantiene pulsado un solo botón, a distancia, y vigila: nadie maniobra a la vista bajo la carga. En modo automático la misión se desarrolla en un área cercada, sin nadie en la nave, y se detiene si alguien abre un acceso.

El modelo del almacén: cada bobina en la posición en la que está de verdad.

La realidad física

Cómo funciona de verdad un almacén de bobinas.

Gradus no administra registros de una base de datos: administra acero que pesa. Estas son las magnitudes y las reglas físicas con las que el sistema trabaja todos los días.

El material

Una bobina es una lámina de metal enrollada en un rollo compacto. Cada dimensión importa para el almacenamiento: el diámetro decide cómo encaja en la estiba, el ancho qué pilas la aceptan, el peso la carga sobre las bobinas de abajo y el espesor cuánto se aplasta.

1 Peso: 1 – 15 t
2 Diámetro exterior: 800 – 1600 mm
3 Diámetro interior: ~600 mm
4 Ancho: 600 – 1600 mm
5 Espesor: 0,3 – 4,0 mm

Son los rangos típicos sobre los que se escriben las reglas de estiba. La producción real incluye valores fuera de rango —bobinas más angostas, más gruesas y más pesadas— que el sistema igualmente maneja.

La estiba

Las bobinas se apilan en pirámide, como las bolas en el triángulo del billar. Cada bobina se apoya sobre dos de abajo, o sobre una bobina y una silleta en el borde.

La bobina superior se asienta en el valle entre las dos de abajo: su posición exacta es el círculo tangente a ambas. Donde esa geometría no tiene solución, la bobina no puede ir ahí.
En la base de cada pila están las silletas: los soportes de acero sobre los que descansa la primera bobina, la cimentación de la estiba.
Cada pila tiene una regla que define qué bobinas puede recibir, por rango de diámetro, de ancho y por familia de material.
Las bobinas en contacto forman un grafo: las fuerzas no se quedan locales, se propagan por toda la estiba.

El factor K

Es el número que decide la seguridad del almacenamiento y responde a una sola pregunta: ¿cuántas veces su propio peso puede soportar esta bobina? Resulta de la familia del material, del acabado superficial y del espesor. Entre todas las reglas aplicables, siempre gana la más restrictiva.

1 K = 2,5 Soporta 2,5 veces su propio peso — acero grueso, material duro.
2 K = 1,0 Soporta solo su propio peso — material débil o delgado.
3 K = 0 No soporta nada: esa bobina solo puede ir arriba.

Una bobina de 3 t apoyada sobre una de 5 t y otra de 4 t descarga cerca de 1,5 t en cada una. La de 5 t con K 2,5 soporta 12,5 t: está al 12% de su capacidad. Pero si la de abajo es un antiderrapante delgado con K 0, el sistema rechaza la colocación: sobre esa bobina no se apoya nada.

La grúa

Cada nave está servida por un puente grúa con tres ejes de movimiento más la rotación de la pinza. La toma se hace con tenazas motorizadas que cierran sobre la circunferencia exterior de la bobina, no por el orificio central.

1 Puente A lo largo de la nave · 0,5 – 2,0 m/s
2 Carro A lo ancho de la nave · 0,5 – 1,5 m/s
3 Polipasto Vertical · 0,2 – 0,5 m/s
4 Rotación Pinza a 0° o 90°

Antes de descender, la grúa llega a un punto de aproximación justo encima del objetivo, a altura segura: evita que la carga oscile contra las estibas vecinas durante el traslado. Un ciclo completo de toma y colocación toma de 30 a 90 segundos según la distancia.

El piso

El almacén se divide en naves, cada una con su grúa dedicada: las grúas no entran en la nave de otra.

1 Nave: El área de trabajo exclusiva de una grúa.
2 Pila: Una columna de almacenamiento en el piso, con su propia regla de aceptación.
3 Silleta: El soporte de acero en la base de la pila, que sostiene la primera bobina.
4 Zona de carga: Donde los camiones descargan y cargan: estancia temporal, sin estibar.
5 Pasillo: Los caminos libres para el traslado de la grúa entre pilas.

El entorno

Es una nave siderúrgica: ruido de motores e impactos metálicos, temperaturas desde casi cero en invierno hasta más de 40 °C en verano, operadores con guantes. Las interfaces tienen que funcionar con los dedos enguantados, en pantallas que sobreviven a una caída sobre el concreto. Y una bobina de 15 toneladas es prácticamente una jaula de Faraday: detrás de una estiba alta la señal inalámbrica puede caer un instante, así que la terminal debe tolerar la desconexión sin perder el trabajo.

«Gradus» es el latín para escalón o grado: las bobinas se posicionan paso a paso, y la estabilidad se calcula por grados.

Qué hace

Las funciones, una por una.

Seguridad

Movimientos guiados a distancia, o sin operador en área cercada. El sistema calcula en tiempo real las fuerzas que actúan sobre cada pila y avisa cuando una bobina no debe ir donde el operador querría ponerla.

En el modelo 3D las bobinas con riesgo de caída o de colapso se ven al instante, con el diagrama de fuerzas.

Búsqueda de bobinas e inventario

La bobina se encuentra y se retira al momento, porque el sistema está conectado con el sistema de gestión y guía la pinza hasta la bobina correcta. El inventario, que antes obligaba a parar, casi ya no hace falta.

También se ven las bobinas ya comprometidas para los procesos siguientes.

Espacio bien aprovechado

Para una bobina que entra indica el mejor sitio, teniendo en cuenta también qué máquina suele trabajar ese tipo de bobina. Y sugiere cuándo conviene reordenar el espacio.

Para cada bobina entrante el sistema examina todas las pilas de la nave, descarta las no admitidas, simula el efecto sobre las fuerzas y ordena las posiciones posibles por distancia y seguridad.

Quién movió qué

Cada orden dada a las grúas queda registrada, así los daños y las faltas se pueden reconstruir.

El operador se acredita en la botonera con su código de barras, y cada movimiento lleva su nombre.

Las pilas

Nueve comprobaciones en cada bobina, antes de apoyarla.

El sistema mira la forma de la pila y las fuerzas en juego, y avisa al operador cuando una posición hay que evitarla. En el modelo 3D la bobina cambia de color: naranja si incumple una regla de apilado, rojo si corre riesgo de caer.

Nominal
Riesgo medio
Riesgo alto
En colocación

Una estiba tiene como máximo tres niveles. Aquí la grúa baja una bobina al hueco del tercer nivel: llenarlo es lo que hace simétrico el empuje desde arriba. Las otras dos bobinas ya fueron clasificadas por el cálculo de fuerzas.

Empuje asimétrico
La bobina recibe más empuje de un lado que del otro: hay que rellenar los huecos.
Diámetro superior
La bobina es más grande que las dos que la sostienen.
Diferencia de diámetro
La bobina de al lado tiene un diámetro que difiere en más del 10%.
Hueco amplio
Entre la bobina y su vecina queda mucho espacio.
Hueco excesivo
El espacio hacia la vecina supera el límite admitido.
Base estrecha
La bobina es alta y estrecha, con el diámetro por encima de 1,5 veces el ancho: puede volcar.
Base muy estrecha
El diámetro supera el doble del ancho: el riesgo de vuelco es alto.
Presión excesiva
Las bobinas de arriba pesan demasiado sobre esta.
Compenetración
La bobina se encaja en las vecinas: en ese sitio va un diámetro más pequeño.

Control de accesos

Cada uno hace solo lo que le corresponde.

Cerca de las grúas hay uno o más puestos con monitor y lector de códigos de barras. El operador enciende la botonera, escanea su propio código de barras, y desde ese momento ve solo las funciones de su nivel. La botonera queda vinculada a esa grúa hasta que se desconecta, así cada escaneo va a la máquina correcta. Normalmente en un turno hay un operador por grúa.

Nivel 1
Jefe de máquina

Maneja la grúa libremente fuera de los almacenes. Dentro, el descenso está bloqueado.
Nivel 2
Ayudante de máquina

Trabaja solo con bobinas escaneadas, y solo en modo guiado.
Nivel 3
Almacenero

Trabaja solo con bobinas escaneadas, también en manual.
Nivel 4
Supervisor

Puede hacerlo todo. Es un nivel para dar a pocas personas.

Hoja de etiquetas de código de barras, una por nivel de operador, junto a la botonera industrial con los códigos de entrada y salida.

Botonera y códigos de barras

Cuando una bobina entra en el almacén, el operador escanea primero el código «ENTRA» de la parte trasera de la botonera, y luego el código de barras del lote. Cuando sale, usa el código «SALE». Cada entrada y cada salida quedan registradas sin teclear nada.

A la izquierda, la hoja de etiquetas, una por nivel. A la derecha, la botonera con el lector y los códigos de entrada y salida pegados en la parte trasera.

Los números

Cómo va el almacén, en pocos números.

Gradus registra al detalle cada movimiento de cada operador, y lo resume todo en pocos indicadores diarios, semanales o mensuales. Al director de producción o de planta le bastan esos números para saber cómo va, sin abrir ningún archivo.

Movimiento registrado
Agregado por periodo
Indicador
Umbral de referencia

A la izquierda, cada toma y cada colocación, una línea por operador en turno. En el centro, esos mismos movimientos agregados por periodo. A la derecha, el indicador que resulta, leído contra su propio umbral: eso es lo que llega al escritorio.

De un vistazo

Pocos indicadores, legibles en un minuto. El registro completo de movimientos sigue ahí, para quien quiera consultarlo.
Los problemas se ven antes

Cuando un número se mueve, el problema suele venir después. Se ve la tendencia en el tiempo y se entiende si el almacén está mejorando o empeorando.
Números para compartir

Mostrados a las personas que trabajan en el almacén, estos indicadores se convierten en un punto de partida para mejorar juntos. Para eso sirven, no para poner notas.

Sobre la grúa que ya tiene, o sobre una máquina nueva.

Gradus nació para el retrofit: la grúa que tiene se queda como está. Si en cambio hace falta una máquina nueva, con nuestros socios la entregamos completa con pinza para bobinas, guiada o automática. Y la misma lógica se puede llevar también fuera de la siderurgia.

Instalación existente
Añadido por Gradus

En gris, la grúa que ya opera. En azul, las únicas partes que Gradus añade: encóderes de posición, escáner en el carro, el armario y la botonera de planta.

Descargar el folleto (PDF, italiano)

Qué se agrega

Lo que se atornilla a la grúa que ya tiene.

Sin obra estructural y sin sustituir la grúa. Estas son las piezas que van en campo para que el sistema sepa siempre dónde está y qué está sosteniendo.

Lector de códigos Un lector de códigos a bordo de la máquina. El material se identifica solo: nadie teclea ni anota.
Encóder absoluto Mide al milímetro y no pierde la referencia cuando la máquina se apaga. Es lo que permite depositar una bobina sin mirarla desde abajo.
Cinta de posición Recorre la vía de rodadura y le dice al puente dónde está, en absoluto, sin puestas a cero ni derivas.

Los vídeos

Gradus en funcionamiento.

Dos vídeos breves. En el primero, los problemas de cada día en un almacén de bobinas; en el segundo, una misión guiada seguida paso a paso.

Los cuatro problemas de un almacén de bobinas

El entorno de trabajo

Las pantallas que el operador tiene delante.

Tres vistas del sistema en servicio. Abra la que le interese: la animación se descarga solo cuando la pide.

01 Misión guiada

Una misión guiada de varios pasos: para liberar la bobina solicitada, el sistema planifica el movimiento de las que la bloquean.

02 Búsqueda de bobina

Detalle de bobina Datos de ejemplo

Código de lote o ID

Lote: 2000450112 / SI_COIL_ZN_S
Código gradus: 10412
Ubicación: P07 C11 F2
Posición [mm]: x 18420 · z 9635 · y 120
Movimientos: 12/03 08:55 → 12/03 08:58
Peso: 12.480 t
Ancho: 1,250 mm
Diámetro: 1,380 mm
Espesor: 1.5 mm

Total en almacén 512 Bobinas resaltadas 24

Búsqueda de bobina: del código de lote a la ubicación exacta, con posición, peso y medidas de la bobina.

03 Análisis de vectores de fuerza

Análisis de fuerzas Datos de ejemplo

Bobina analizada
Reacción de las vecinas
Contacto ausente

2000450112 SI_COIL_ZN_S · 1,250 mm · 12.5 t

Descripción	Peso	Q0	Q1	Q2	Q3	Q2+Q3
Módulo [t]	12.5	24.1	6.8	15.9	0.0	15.9
Ángulo [°]	—	62.4	117.6	-126.3	0.0	-126.3

Resultado Riesgo alto — empuje asimétrico

El análisis de vectores de fuerza descompone la carga sobre cada contacto de la bobina. Cuando falta un contacto, la resultante descarga toda sobre el otro.

Preguntas frecuentes

Las preguntas que más nos hacen.

¿Tenemos que sustituir las grúas?

No. Gradus nació precisamente para montarse en las grúas que ya tiene.

¿El operador pierde el control de la máquina?

No. El sistema calcula la misión, pero es el operador quien la arranca y la mantiene en marcha, con un botón que mantiene pulsado a distancia. Si lo suelta, la grúa se detiene. Y cuando se maneja en manual, Gradus no planifica el recorrido pero sigue registrando cada toma y cada depósito.

¿Se integra con nuestro sistema de gestión?

Sí, y es precisamente la conexión con el sistema de gestión lo que hace inmediata la búsqueda de la bobina: Gradus trabaja con los mismos lotes y las mismas ubicaciones que ya usa. Para muchos sistemas de gestión el conector ya existe, porque lo hicimos para otros clientes; cuando hay que escribirlo, es un trabajo acotado.

¿Funciona solo en siderurgia?

Nació con bobinas de acero, ya trabaja también con aluminio, y la misma lógica vale para los paquetes de chapa. Se puede adaptar a otros sectores con problemas de manipulación parecidos.

¿Cuánto puede complicarse una misión?

Mucho. Para retirar una bobina del fondo de una pila el sistema puede planificar el movimiento de varias bobinas, hasta seis, en una sola misión. Para el operador sigue siendo un solo botón.

¿Qué trazabilidad obtenemos?

Cada movimiento lleva el nombre del operador que lo ordenó, y de cada bobina quedan ubicación, posición, características y todo el historial de movimientos.

¿Cuánto trabajo exige a nuestro equipo?

Poco. Gradus no es un nuevo sistema de gestión que montar: es un sistema aparte que se apoya en el que ya tiene. Hay una configuración estándar que funciona desde el primer día, y a partir de ahí se ajusta por pasos, sin parar el almacén durante semanas.

¿Sobre qué está construido?

Sobre herramientas de cálculo hechas para grandes cantidades de datos. Sirven para examinar toda la nave, pila por pila, en el tiempo que pasa entre la petición del operador y la salida de la grúa. La respuesta llega antes de que la grúa arranque.

¿En qué se diferencia de un WMS?

Un WMS genérico gestiona ubicaciones y existencias. Gradus conoce diámetros, anchos, apoyos y fuerzas de las bobinas de chapa, y por eso sabe decir dónde una bobina está segura, y no solo dónde hay sitio.

Origen

Dónde nació, y por qué se llama así.

Gradus nació en el almacén, en años de hablar con el departamento de IT y con la dirección, pero sobre todo con los operadores, en los turnos de mañana, de tarde y también de noche. Sistemas que gestionan un almacén hay muchos. Pensados a propósito para bobinas de chapa, pocos.

«Gradus» significa escalón. El nombre viene del Gradus ad Parnassum de Muzio Clementi, el método con el que los pianistas del siglo XIX subían de nivel un ejercicio cada vez. Esa es la idea que nos gusta: se mejora un escalón cada vez, y cada escalón ya es un resultado.

Se lo enseñamos en su propio almacén.

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Un almacén de bobinas que se maneja con un botón, o que funciona solo.

Lo que cuesta, cada día, un almacén de bobinas gestionado a ojo.

La bobina correcta no aparece

Las pilas se construyen a ojo

El espacio se llena mal

Los movimientos no dejan rastro

Qué se gana.

Nadie trabaja bajo la carga

La bobina ya está arriba

El error se frena antes de que la bobina se mueva

Se amortiza por varios frentes

Se sube un escalón cada vez.

El almacén sabe dónde tiene las cosas

La grúa va sola adonde hace falta

La nave trabaja sin operador

Un gemelo digital del almacén, y misiones calculadas por el sistema.

El modelo sigue el almacén en tiempo real

El operador elige la bobina, del resto se encarga el sistema

La grúa ejecuta, el operador supervisa a distancia