Karakuri. Sus 5 beneficios fundamentales y ejemplos de aplicación.

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Karakuri es el uso de artilugios mecánicos en lugar de dispositivos eléctricos, neumáticos o hidráulicos. Dentro de lean, significa dispositivos mecánicos que mejoran el desempeño del sistema.

Origen del Karakuri

Se originó con muñecas mecánicas en Japón, llamadas karakuri ningyo (か ら く り 人形). Estas muñecas se mencionan por primera vez hace unos 1500 años, pero gozaron de su mayor popularidad hace unos 200 años.

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).

Después de retirar el recipiente y beber el té, el recipiente vacío se coloca nuevamente en la bandeja. El peso de la taza hacía que la muñeca girara y volviera a su posición original.

Además de las muñecas que llevan té, también hay muñecas que disparan flechas, escriben o bailan. Se utilizaron en teatros, como juguetes (caros) o en carrozas de festivales.

Sin embargo, también se utilizó en otros contextos. La imagen aquí muestra un arma plegable llamada karakuri jitte.

Por otro lado las casas con pisos ocultos y escondites se llamaban karakuri yashiki. Por otro lado, en la antigüedad existían, y todavía existen, muebles y sombrillas karakuri.

Por supuesto, en términos de lean, es más conocido por karakuri kaizen.

Pero antes de profundizar, me gustaría señalar que, si bien el término karakuri es japonés, la idea en sí no es exclusiva de Japón. El mundo occidental también tiene muchas muñecas que pueden tocar música, dibujar o escribir.

Del mismo modo, muchas ciudades de Europa tienen artilugios como marionetas mecánicas, a menudo en la torre del ayuntamiento junto con un carillón.

Además, antes de los motores eléctricos y las computadoras, también se usaban dispositivos mecánicos similares en la fabricación para automatizar (mecánicamente) y mejorar los procesos. Ejemplos bien conocidos son las máquinas moldeadoras de bloques Portsmouth de Samuel Bentham que moldeaban diez bloques de madera sin supervisión y se detenían una vez finalizado el trabajo. También podríamos integrar dentro de esta categoría el telar Jacquard, donde las tablas de madera “programaban” el patrón de la tela.

Qué es el Karakuri Kaizen

Se trata de un dispositivo mecánico que generalmente mejora el sistema de trabajo. El dispositivo utiliza solo dispositivos mecánicos y evita la energía eléctrica, hidráulica o neumática. Tampoco está controlado por una computadora, sino más bien por el diseño de la propia mecánica.

En la Exposición Karakuri Kaizen 2017 en Nagoya, se vieron muchos ejemplos interesantes. Sin embargo, algunos de ellos incluían un poco de tecnología neumática o eléctrica. En honor a la verdad, si bien un karakuri debe aspirar a una solución puramente mecánica, no existe la policía karakuri y, al final, ha de ser usada la solución más adecuada.

Comencemos con un video de ejemplo del museo Toyota Kaikan en Toyota City. Muestra un pequeño carro que mueve tres artículos a través de un espacio. Una vez que se cargan tres artículos, un gancho (eléctrico) desengancha el carro.

El peso de la mercancía presiona la plataforma hacia abajo. Esta energía potencial se convierte en un movimiento hacia adelante, a través de algunos engranajes debajo del carro. Esto también enrollará algunos resortes dentro del carro.

Al final del viaje de ida, la plataforma tocará un pasador en el lado derecho del carrito, que inclinará la plataforma y las latas se caerán. Un gancho eléctrico asegura el carro mientras esto sucede. Luego, el gancho eléctrico desengancha el carro y los resortes liberarán la energía almacenada para devolver el carro a su posición original.

En el vídeo completo del proceso se puede observar con todo detalle el desplazamiento y movimientos que desarrolla este dispositivo karakuri:

Porqué usar Karakuri. Beneficios fundamentales.

La industria 4.0 está de moda actualmente. Sin embargo, karakuri kaizen, con su enfoque en soluciones mecánicas, es más o menos lo contrario. Estos dispositivos no están conectados de forma inalámbrica, ni en línea, como parte del Internet de las cosas o de los sistemas físicos cibernéticos.

Entonces, ¿por qué usarlos? Después de todo, cualquiera de estas acciones también se puede realizar utilizando sensores, actuadores y procesadores. Sin embargo, suele ser mejor debido a estas ventajas:

Más económico

Un sistema mecánico puede resultar mucho más económico que un sistema computarizado. Si bien no todos los karakuris tienen ese potencial, a menudo son más baratos que las tecnologías competidoras.

Muchos de ellos usan perfiles de aluminio para construir los dispositivos. Una alternativa más económica son los perfiles de acero soldados, aunque estos sistemas son difíciles de cambiar después y se recomienda solo después de haber construido un prototipo con perfiles de aluminio.

En los últimos años se ha generalizado el uso de tubo metálico para los dispositivos karakuri. Las ventajas del denominado tubo lean, son un menor coste que el perfil de aluminio y mayor facilidad de la construcción ya que, al quedar los cortes ocultos por las uniones, los cortes pueden ser llevados a cabo incluso con herramienta manual.

Algunos ejemplos de elementos de uso habitual en este tipo de dispositivos karakuri podrían ser siguientes:

Más fácil de mantener

A menudo, el mantenimiento de karakuri también es más fácil. Si un sistema informático falla, es realmente difícil averiguar qué salió mal. Necesita un mecánico, un electricista y posiblemente también un programador.

Con un dispositivo mecánico, suele ser bastante fácil ver (incluso para el ojo inexperto) dónde está el problema. Por lo tanto, encontrar y solucionar el problema es potencialmente mucho más sencillo e, incluso, puede hacerlo el personal del taller. Sin embargo, muy pocos operarios del taller tocarán un sistema informático para arreglarlo.

Más fácil de mejorar

Karakuri se denomina, a menudo, karakuri kaizen. Y kaizen se basa en la mejora continua. Dicha mejora requiere prueba y error y, por lo general, requiere la participación de los trabajadores.

De manera similar a la mayor facilidad en el mantenimiento, con estos dispositivos los trabajadores del taller pueden crear y mejorar los dispositivos por sí mismos, mientras que no instalarán ni modificarán nada que incluya PLC´s y sensores.

Por lo tanto, estos mecanismos permiten una mejora continua, desde la base de la organización, en muchos pequeños pasos. Los sistemas informáticos implican casi siempre grandes pasos, generalmente iniciados por la gerencia cuando detectan el problema (a menudo demasiado tarde, y solo los mayores), e implementados por ingenieros y programadores, cuando tienen tiempo.

En resumen: ¡Kaizen es mucho más fácil!

Mejora el transporte de componentes

En Occidente, suele ser asociado más comúnmente con el transporte de materiales, especialmente la devolución de cajas vacías en un supermercado de carril rodante.

Una aplicación habitual de este tipo de karakuri es complementando los sistemas de AGVs o robots móviles autónomos, permitiendo la carga y descarga de dichos vehículos guiados autónomos de manera automática y sin tener que recurrir a la robotización.

Una cinemática bien pensada asegura que ninguna caja se caiga al suelo o se mueva a un lugar ya ocupado. Nuevamente, todo sin computadoras, electrónica, ni motores eléctricos (a excepción, claro está, del movimiento del AGV).

En el siguiente vídeo se puede observar el funcionamiento de este tipo de sistemas:

Reduce la duración del tiempo de operación

En las líneas de montaje de automóviles, los operadores suelen tener un carrito pequeño con material y herramientas. Estos carros se pueden empujar a mano, pero sería mucho más fácil si se desplazaran a lo largo de la línea automáticamente.

Si bien esta idea no es nueva, Toyota Motor Canadá presentó un carro de este tipo en una versión karakuri para el montaje del motor en el automóvil. Mientras avanza, se levanta un peso. Después de que un automóvil está listo, el peso se libera y mueve el carro hacia atrás a lo largo de la línea hasta el siguiente vehículo.

También incorporaron un mecanismo de protección que cubre el guardabarros del automóvil mientras se trabaja y presenta una bandeja con piezas sobre el guardabarros del automóvil al alcance del trabajador. En total, pudieron eliminar ocho tareas con sus respectivos tiempos de operación por ciclo de trabajo.

Otro ejemplo ayudó con la instalación de sistemas de escape debajo de los automóviles. El dispositivo presentaba al trabajador un nuevo escape al alcance de la mano, lo que reducía tanto el esfuerzo para caminar como para levantarlo.

Esto redujo el tiempo de ciclo del trabajador en cuatro segundos, o aproximadamente un 7 por ciento en general, y también alivió la carga del trabajador.

Ejemplos de aplicación

Después de una introducción y descripción de los fundamentos de karakuri kaizen, aquí hay algunos ejemplos diferentes de karakuri kaizen para una amplia variedad de usos. La lista irá siendo ampliada.

Mejora de la logística interna

Hay varios usos diferentes para karakuri. En Occidente, se asocia más comúnmente con el transporte de materiales, especialmente con la devolución de cajas vacías en un supermercado de carriles rodantes. A continuación se muestra un ejemplo:

Una aplicación bastante interesante podría ser un sistema donde el material se almacene en carriles rodantes en el AGV. El AGV suministra un supermercado al lado del montaje. Simplemente al pasar lentamente por el supermercado, diferentes palancas activan el transporte de material y las cajas con material salen del AGV al supermercado, mientras que las cajas vacías regresan al AGV. A continuación se muestra un croquis del sistema.

El AGV luego regresa al supermercado de suministros. Nuevamente, las palancas devuelven las cajas vacías al supermercado de suministros y otras palancas reabastecen el AGV con cajas llenas del supermercado de suministros para llevarlas al área de consumo.

Reducción del estrés y las lesiones de los trabajadores.

Las mangueras de plástico en ocasiones nos son fáciles de extraer de un conector. Para quitarlas, el trabajador ha de empujar un anillo de liberación rápida mientras tira de la manguera al mismo tiempo.

Muchas veces esta operación se desarrolla en un lugar estrecho dentro de una máquina más grande, y el trabajador tiene que retorcer los dedos para lograrlo. Además, la propia manguera dificulta empujar el anillo mientras se tira de ella.

Después de un par de extracciones, los dedos de los trabajadores comienzan a doler. Para resolver este problema, la empresa creó un par de alicates especiales que encajan en el lugar estrecho. Simplemente cerrando las pinzas, un mecanismo empuja el anillo de liberación y al mismo tiempo saca la manguera.

Esta herramienta especial hizo mucho más fácil y cómodo quitar la manguera, sin mencionar que fue mucho más rápido. El concepto aplicado es similar a los alicates especiales de la figura.

Otro ejemplo de Toyota Boshoku, una de las empresas de grupo Toyota, se desarrollo para la inspección visual de los parachoques de los automóviles. Estos parachoques estaban originalmente en un bastidor giratorio. Esto significaba que el trabajador tenía que caminar de un lado a otro para estar cerca del parachoques para su inspección. A continuación se muestra en una vista cenital en el lado izquierdo.

El nuevo dispositivo karakuri tenía un pasador en una ranura con forma de cacahuete. Esto movió el parachoques no en un círculo, sino en una “forma de cacahuete”. Como resultado, el trabajador siempre estaba cerca del parachoques, sin moverse de un lado a otro.

Orientación más favorable de materiales

Muchas de las aplicaciones de karakuri se utilizan para organizar piezas pequeñas de cara a facilitar su uso por parte de máquinas o humanos. El primer ejemplo aquí es probablemente bien conocido, siendo un ejemplo popular de Toyota.

Durante el montaje, el trabajador debe atornillar dos tornillos. Antes, el trabajador tenía que sacarlos manualmente de una caja, lo cual es engorroso. Toyota colocó dos imanes en un brazo móvil. Cada vez que el trabajador devolvía el taladro eléctrico al soporte del taladro eléctrico, el peso del taladro eléctrico empujaba hacia abajo el brazo brevemente. Los imanes se sumergían en la caja de tornillos y recogían la cantidad justa de tornillos (en este ejemplo, dos).

Este pequeño mecanismo sin energía ahorró al trabajador bastante tiempo buscando a tientas la cantidad correcta de tornillos.

Otro ejemplo que se expone es el de la alimentación de una máquina con piezas orientadas. El mecanismo es tan simple que se podría argumentar que no es un mecanismo en absoluto, ya que no tiene partes móviles.

El objetivo era orientar pernos. Simplemente es usado un tobogán de metal en forma de medio embudo. Dado que el lado de mayor diámetro del perno rueda más rápido, este extremo siempre sale primero al final del embudo.

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/