Karakuri. I suoi 5 benefici fondamentali e esempi di applicazione.

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Karakuri è l’uso di meccanismi meccanici al posto di dispositivi elettrici, pneumatici o idraulici. All’interno di Lean, significa dispositivi meccanici che migliorano le prestazioni del sistema.

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Origine del Karakuri

Si originò con bambole meccaniche in Giappone, chiamate karakuri ningyo (か ら く り 人形). Queste bambole sono menzionate per la prima volta circa 1500 anni fa, ma hanno goduto della loro maggiore popolarità circa 200 anni fa.

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Estas muñecas pueden considerarse las precursoras de los robots. Uno de los ejemplos más conocidos es el muñeco que se muestra en la parte superior del artículo. El peso de un tazón de té colocado en la bandeja hacía que la muñeca se moviera hacia adelante una distancia determinada, mientras movía sus pies (impulsados por un resorte enrollado).

Dopo aver rimosso il contenitore e aver bevuto il tè, il contenitore vuoto viene nuovamente posizionato sul vassoio. Il peso della tazza faceva ruotare il polso della bambola e tornava alla sua posizione originale.

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Oltre alle bambole che portano tè, ci sono anche bambole che sparano frecce, scrivono o ballano. Sono state utilizzate nei teatri, come giocattoli (costosi) o sui carri allegorici delle feste.

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Tuttavia, è stato utilizzato anche in altri contesti. L’immagine qui mostra un’arma pieghevole chiamata karakuri jitte.

D’altra parte, le case con piani nascosti e nascondigli erano chiamate karakuri yashiki. Inoltre, nell’antichità esistevano, e esistono ancora, mobili e ombrelli karakuri.

Naturalmente, in termini di lean, è più noto come karakuri kaizen.

Ma prima di approfondire, vorrei sottolineare che, sebbene il termine karakuri sia giapponese, l’idea in sé non sia esclusiva del Giappone. Anche il mondo occidentale ha molte bambole che possono suonare musica, disegnare o scrivere.

Allo stesso modo, molte città d’Europa hanno dispositivi come marionette meccaniche, spesso nella torre dell’orologio del municipio insieme a un carillon.

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Inoltre, prima dei motori elettrici e dei computer, si usavano anche dispositivi meccanici simili nella produzione per automatizzare (meccanicamente) e migliorare i processi. Esempi ben noti sono le macchine modellatrici di blocchi Portsmouth di Samuel Bentham che modellavano dieci blocchi di legno senza supervisione e si fermavano una volta terminato il lavoro. Inoltre potremmo includere in questa categoria il telaio Jacquard, dove le tavole di legno “programmavano” il motivo del tessuto.

Cos\’è il Karakuri Kaizen

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Si tratta di un dispositivo meccanico che in genere migliora il sistema di lavoro. Il dispositivo utilizza solo dispositivi meccanici ed evita l’energia elettrica, idraulica o pneumatica. Non è controllato da un computer, ma dal progetto stesso della meccanica.

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Durante l’Esposizione Karakuri Kaizen 2017 a Nagoya, sono stati visti molti esempi interessanti. Tuttavia, alcuni di essi includevano un po’ di tecnologia pneumatica o elettrica. Per onestà, sebbene un karakuri debba aspirare a una soluzione puramente meccanica, non esiste la polizia karakuri e, alla fine, va usata la soluzione più adeguata.

Cominciamo con un video di esempio del museo Toyota Kaikan a Toyota City. Mostra un piccolo carrello che sposta tre articoli attraverso uno spazio. Una volta che vengono caricati tre articoli, un gancio (elettrico) sgancia il carrello.

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Il peso della merce preme sulla piattaforma verso il basso. Questa energia potenziale si trasforma in un movimento in avanti, attraverso alcuni ingranaggi sotto il carrello. Questo farà anche avvolgere alcune molle all’interno del carrello.

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Alla fine del viaggio di andata, la piattaforma toccherà un perno sul lato destro del carrello, che inclinerà la piattaforma e le lattine cadranno. Un gancio elettrico assicura il carrello mentre ciò accade. Poi, il gancio elettrico sgancia il carrello e le molle libereranno l’energia immagazzinata per riportare il carrello alla sua posizione originale.

Nel video completo del processo si può osservare con ogni dettaglio lo spostamento e i movimenti che sviluppa questo dispositivo karakuri:

Perché utilizzare Karakuri. Benefici fondamentali.

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L’industria 4.0 è di moda attualmente. Tuttavia, karakuri kaizen, con il suo approccio basato su soluzioni meccaniche, è più o meno l’opposto. Questi dispositivi non sono collegati in modalità wireless né online, come parte di Internet delle cose o di sistemi cibernetici fisici.

Allora, perché usarli? Dopotutto, anche una di queste azioni può essere realizzata utilizzando sensori, attuatori e processori. Tuttavia, spesso è meglio grazie a questi vantaggi:

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Più economico

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Un sistema meccanico può risultare molto più economico di un sistema informatico. Sebbene non tutti i karakuri abbiano quel potenziale, spesso sono più economici delle tecnologie concorrenti.

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Molti di essi usano profili in alluminio per costruire i dispositivi. Un’alternativa più economica sono i profili in acciaio saldati, anche se questi sistemi sono difficili da cambiare dopo e si raccomanda solo dopo aver costruito un prototipo con profili in alluminio.

Negli ultimi anni si è diffuso l’uso di tubi metallici per i dispositivi karakuri. I vantaggi del cosiddetto tubo lean sono un costo inferiore rispetto al profilo di alluminio e una maggiore facilità di costruzione, poiché i tagli, restando nascosti dalle giunzioni, possono essere eseguiti anche con utensili manuali.

Alcuni esempi di elementi di uso comune in questo tipo di dispositivi karakuri potrebbero essere i seguenti:

Più facile da mantenere

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Spesso anche la manutenzione dei karakuri è più facile. Se un sistema informatico fallisce, è davvero difficile capire cosa sia andato storto. È necessario un meccanico, un elettricista e, possibilmente, anche un programmatore.

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Con un dispositivo meccanico, di solito è abbastanza facile vedere (anche per l’occhio meno esperto) dove si trovi il problema. Pertanto, trovare e risolvere il problema è potenzialmente molto più semplice e, addirittura, può farlo il personale dell’officina. Tuttavia, pochissimi operatori dell’officina toccheranno un sistema informatico per ripararlo.

Più facile da migliorare

Karakuri viene spesso chiamato karakuri kaizen. E Kaizen si basa sul miglioramento continuo. Quel miglioramento richiede prove ed errore e, di solito, richiede la partecipazione dei lavoratori.

In modo analogo alla maggiore facilità di manutenzione, con questi dispositivi i lavoratori dell’officina possono creare e migliorare i dispositivi da soli, mentre non installeranno né modificheranno nulla che includa PLC e sensori.

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Pertanto, questi meccanismi consentono un miglioramento continuo, dalla base dell’organizzazione, in molti piccoli passi. I sistemi informatici implicano quasi sempre grandi passi, generalmente avviati dalla direzione quando individuano il problema (spesso troppo tardi, e solo i più grandi), e implementati da ingegneri e programmatori, quando hanno tempo.

In sintesi: Kaizen è molto più facile!

Migliora il trasporto dei componenti

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Nell’Occidente, spesso viene associato principalmente al trasporto di materiali, soprattutto la restituzione di scatole vuote in un supermercato con nastri trasportatori.

Un’applicazione comune di questo tipo di karakuri è complementare ai sistemi di AGV o robot mobili autonomi, permettendo il carico e lo scarico di tali veicoli guidati autonomi in modo automatico e senza dover ricorrere alla robotizzazione.

Una cinematica ben pensata assicura che nessuna scatola cade a terra o si sposti in un luogo già occupato. Ancora una volta, tutto senza computer, elettronica, né motori elettrici (a eccezione, ovviamente, del movimento dell’AGV).

Nel video seguente si può osservare il funzionamento di questo tipo di sistemi:

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Riduci la durata del tempo di operazione

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Nelle linee di montaggio delle automobili, gli operatori di solito hanno un carrello piccolo con materiale e strumenti. Questi carrelli possono essere spinti a mano, ma sarebbe molto più facile se si muovessero lungo la linea automaticamente.

Anche se questa idea non è nuova, Toyota Motor Canada ha presentato un carrello di questo tipo in una versione karakuri per l’assemblaggio del motore sull’auto. Mentre avanza, si solleva un peso. Dopo che un’auto è pronta, il peso viene rilasciato e sposta il carrello all’indietro lungo la linea fino al veicolo successivo.

Hanno anche incorporato un meccanismo di protezione che copre il parafango dell’auto durante il lavoro e presenta una vaschetta con pezzi sul parafango dell’auto a portata di mano del lavoratore. In totale, sono riusciti a eliminare otto operazioni con i rispettivi tempi di ciclo.

Un altro esempio ha contribuito all’installazione dei sistemi di scarico sotto le automobili. Il dispositivo offriva al lavoratore un nuovo scarico a portata di mano, riducendo sia lo sforzo per camminare sia per sollevarlo.

Questo ha ridotto il tempo di ciclo del lavoratore di quattro secondi, o circa il 7 per cento in generale, e ha anche alleggerito il carico di lavoro del lavoratore.

Esempi di applicazione

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Dopo un’introduzione e una descrizione dei principi del karakuri kaizen, ecco alcuni diversi esempi di karakuri kaizen per una vasta gamma di usi. L’elenco verrà ampliato.

Miglioramento della logistica interna

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Ci sono diversi usi differenti per karakuri. In Occidente, è comunemente associato al trasporto di materiali, in particolare al reso di scatole vuote in un supermercato con nastri trasportatori. Di seguito è riportato un esempio:

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Un’applicazione piuttosto interessante potrebbe essere un sistema in cui il materiale venga immagazzinato sui binari scorrevoli all’interno dell’AGV. L’AGV fornisce un supermercato accanto al montaggio. Passando lentamente accanto al supermercato, diverse leve attivano il trasporto del materiale e le scatole contenenti materiale escono dall’AGV al supermercato, mentre le scatole vuote ritornano all’AGV. Di seguito è riportato uno schizzo del sistema.

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L’AGV poi torna al negozio di approvvigionamenti. Ancora una volta, le leve riportano le scatole vuote al negozio di approvvigionamenti e altre leve riempiono l’AGV con scatole piene dal negozio di approvvigionamenti per portarle all’area di consumo.

Riduzione dello stress e delle lesioni sul lavoro.

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Le tubazioni di plastica a volte non sono facili da estrarre da un connettore. Per staccarle, l’operatore deve premere un anello di rilascio rapido mentre tira la tubazione contemporaneamente.

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Spesso questa operazione si svolge in un luogo ristretto all’interno di una macchina più grande, e l’operatore deve torcere le dita per riuscirci. Inoltre, il tubo stesso rende difficile spingere l’anello mentre lo si tira.

Dopo un paio di estrazioni, le dita dei lavoratori iniziano a dolere. Per risolvere questo problema, l’azienda ha creato una coppia di pinze speciali che si adattano al posto stretto. Chiudendo semplicemente le pinze, un meccanismo spinge l’anello di rilascio e, contemporaneamente, estrae il tubo.

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Questo strumento speciale ha reso molto più facile e comodo rimuovere il tubo, per non parlare del fatto che è stato molto più veloce. Il concetto applicato è simile alle pinze speciali della figura.

Un altro esempio di Toyota Boshoku, una delle aziende del gruppo Toyota, è stato sviluppato per l’ispezione visiva dei paraurti delle automobili. Questi paraurti erano originariamente su una cornice rotante. Ciò significava che l’operaio doveva camminare da un lato all’altro per stare vicino al paraurti per l’ispezione. Di seguito è mostrata una vista dall’alto sul lato sinistro.

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Il nuovo dispositivo karakuri aveva un perno in una scanalatura a forma di arachide. Questo spostò il paraurti non in cerchio, ma in una forma di arachide. Di conseguenza, l’operatore era sempre vicino al paraurti, senza muoversi da un lato all’altro.

Orientamento più favorevole dei materiali

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Molte delle applicazioni di karakuri sono utilizzate per organizzare pezzi piccoli al fine di facilitarne l’uso da parte di macchine o esseri umani. Il primo esempio qui è probabilmente ben noto, essendo un esempio popolare di Toyota.

Durante l’assemblaggio, l’addetto deve avvitare due viti. In passato, l’addetto doveva estrarle manualmente da una scatola, il che era scomodo. Toyota ha posizionato due magneti su un braccio mobile. Ogni volta che l’addetto riporta l’avvitatore al supporto dell’avvitatore, il peso dell’avvitatore spingeva leggermente verso il basso il braccio. I magneti si immergevano nella scatola delle viti e raccoglievano la quantità giusta di viti (in questo esempio, due).

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Questo piccolo meccanismo privo di energia ha fatto risparmiare al lavoratore parecchio tempo nel cercare a tastoni la quantità corretta di viti.

Un altro esempio che viene esposto è quello dell’alimentazione di una macchina con pezzi orientati. Il meccanismo è così semplice che si potrebbe sostenere che non sia affatto un meccanismo, poiché non ha parti mobili.

L’obiettivo era allineare i bulloni.Semplicemente viene utilizzato uno scivolo di metallo a forma di mezzo imbuto.Poiché il lato di diametro maggiore del bullone ruota più velocemente, questa estremità esce sempre per prima alla fine dell’imbuto.

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Sobre el autor:

Juan Anel

Juan Anel Gracia es Doctor ingeniero industrial y consultor en Lean Manufacturing e Industria 4.0. Ayuda a las pymes a mejorar su productividad y digitalización. Profesor universitario en la UVic-UCC y asesor acreditado por ACCIÓ.

https://www.linkedin.com/in/juan-anel/