Optimización de corte de metal: barra, tubo y perfil

Un taller de calderería corta un despiece de vigas y varilla a partir de material de 6 m. Un taller saca una barra nueva para cada pieza y deja que los recortes se amontonen en un contenedor; el otro reincorpora sus recortes y compra un 30% menos de barras para el mismo trabajo. La misma sierra, el mismo acero: la diferencia está en cómo se distribuyen los cortes a lo largo de cada longitud. El metal es un problema de corte unidimensional, y el software que lo resuelve para el contrachapado lo resuelve igual de bien para el acero.

¿Qué es la optimización de corte de metal?

La optimización de corte de metal distribuye las barras, tubos y perfiles que necesitas en longitudes de material estándar para que la merma total de recortes sea lo más pequeña posible. Es el problema de corte unidimensional —las mismas matemáticas que se usan para la madera lineal— aplicado a material de acero en lugar de a tableros.

Cada barra, tubo, angular, canal (UPN) y tramo de varilla corrugada es una pieza 1D: tiene una sola dimensión relevante para el corte, la longitud. Compras el material en longitudes de fabricación fijas, cortas tus piezas de ellas y lo que queda al final de cada barra es un recorte. El trabajo del optimizador es decidir qué piezas salen de qué barras para que compres el menor número de longitudes de material y dejes los recortes más pequeños y reutilizables.

Como es un problema 1D, un optimizador de corte lineal maneja el metal sin ningún «modo metal» especial: defines la longitud del material, el ancho de corte y las piezas, y el algoritmo las coloca.

¿En qué se diferencia cortar metal de cortar madera?

Las matemáticas 1D son idénticas, pero cambian cuatro cosas prácticas: el ancho de corte, la ausencia de veta, lo que ocurre con los recortes y cómo agrupas las piezas.

• El ancho de corte proviene de una sierra de metal. Una sierra de cinta, una sierra en frío o una tronzadora abrasiva retira un ancho de acero por corte distinto al de una hoja para madera. Introduce el valor real; consulta qué es el ancho de corte.
• Sin dirección de veta. El acero no tiene veta, así que las piezas rotan libremente (de un extremo al otro). Eso elimina una restricción que el optimizador tiene que respetar en la madera.
• Los recortes son material valioso, no chatarra. Un recorte de 900 mm de angular estructural es material remanente reutilizable y tiene un valor real como chatarra incluso cuando no lo es. Trata los recortes como inventario, no como merma.
• Agrupa por grado y sección. No puedes cortar un angular S275 y un canal S355 de la misma barra. Las piezas deben agruparse por producto, tamaño y grado de acero antes de optimizar.

Hay dos diferencias más que pillan a la gente en el primer trabajo, y ambas tienen que ver con los extremos de la barra. Las longitudes de fabricación son nominales, no exactas: el acero se lamina y se corta con una tolerancia de longitud, así que una barra vendida como de 6 m puede llegar ligeramente por debajo, y un plan que llena la longitud nominal hasta el último milímetro deja corta la última pieza. Y los extremos rara vez son utilizables tal como llegan: los extremos de fábrica y los cortes del distribuidor suelen estar fuera de escuadra, golpeados en el transporte o con rebaba de sierra, así que la mayoría de los talleres recortan un trozo corto de la cabeza de cada barra antes de cortar nada a medida.

Gestiona ambos casos de la misma forma: dale al optimizador la longitud útil —lo que realmente recibes, menos el refilado que realmente haces— en lugar del número de la lista de precios. Un optimizador lineal que admite un refilado inicial y final por barra hace esto por ti, y es la diferencia entre un plan que se ejecuta y un plan que falla en la última pieza de cada barra.

¿Cuáles son las longitudes de material estándar del metal?

Optimiza contra las longitudes que tu proveedor realmente entrega, no contra un número redondo. Equivocarte en esto produce un plan que no puedes comprar.

Estas son cifras típicas: las longitudes de tu distribuidor pueden diferir, así que confírmalas antes de optimizar. La cuestión es que la longitud del material es un dato que debes definir correctamente: la misma lista de corte optimizada contra barras de 6 m y contra barras de 12 m produce dos planes distintos, y solo uno coincide con lo que aparece en tu albarán.

¿Cómo se minimiza la merma de barra y tubo?

Reduces la merma de metal agrupando correctamente, introduciendo un ancho de corte preciso, ajustando las longitudes de material reales y reutilizando los recortes; luego dejas que el optimizador organice el resto.

1. Agrupa por sección, tamaño y grado

   Solo puedes cortar barras del mismo perfil y mismo grado de una misma longitud de material. Ordena tu lista por producto (varilla, angular, tubo rectangular), luego por tamaño y grado de acero, y optimiza cada grupo sobre su propio material; mezclarlos produce un plan que no puedes ejecutar.

2. Introduce el ancho de corte real de tu sierra

   Una sierra de cinta, una sierra en frío y una tronzadora abrasiva retiran cada una un ancho distinto de metal por corte. Mide tu ancho de corte e introdúcelo para que el optimizador tenga en cuenta el metal que se pierde en cada corte.

3. Define tus longitudes de material reales

   Ajusta las longitudes de fabricación que entrega tu proveedor: normalmente 6 m y 12 m para varilla y perfiles. Optimizar contra una longitud de material que no puedes comprar da un plan que no puedes ejecutar.

4. Reincorpora los recortes útiles como material remanente

   Los recortes de acero son valiosos y totalmente reutilizables. Añade los recortes de tu estantería a la lista de material del optimizador antes de que recurra a una barra entera; la barra más barata es la que ya tienes.

5. Optimiza y luego compara el número de barras

   Ejecuta el optimizador 1D y observa cuántas barras necesita. Ajusta un dato, vuelve a ejecutar y compara; ahorrar aunque sea una sola barra por lote suma rápido a lo largo de una serie de producción.

El gráfico muestra la merma de recortes bajando del 35% al 9% en la misma lista de corte (cifras ilustrativas; tu resultado depende de la mezcla de longitudes de las piezas). En series de producción largas de longitudes repetidas, una buena distribución ahorra barras enteras de forma habitual.

¿Qué ancho de corte debes usar para las sierras de metal?

El ancho de corte en el metal es el ancho de acero que cada corte convierte en virutas o polvo, y varía más según el tipo de sierra de lo que la mayoría de los operarios espera.

En un despiece con docenas de cortes, el ancho de corte suma: a 3 mm por corte, cuarenta cortes retiran 120 mm de acero, un quinto de metro convertido en virutas. Introduce el ancho de corte real de tu sierra para que el plan que obtengas sea el plan que realmente puedes cortar. Mídelo en un corte de prueba en lugar de fiarte de una cifra de catálogo.

Hay una razón mecánica por la que la cifra de catálogo se desvía en una sierra de cinta. El corte no es tan ancho como el cuerpo de la hoja; es tan ancho como el triscado de la hoja: el desplazamiento lateral de los dientes que abre paso al cuerpo a través del material. El triscado se desgasta con el uso, así que una hoja vieja corta un ancho más estrecho que una nueva de la misma especificación, y empieza a desviarse de la escuadra a medida que avanza. Un taller que vuelve a medir el ancho de corte en cada cambio de hoja trabaja con un número honesto; uno que introdujo el valor de la ficha técnica hace años está planificando contra una hoja que ya no tiene.

Errores comunes al optimizar metal

Mezclar grados o secciones en una misma optimización. Una pletina S275 y un angular S355 no pueden compartir barra, ni tampoco dos tamaños distintos. Una ejecución que los mezcla devuelve una disposición que físicamente no puedes producir. Ordena primero en grupos y luego optimiza cada uno sobre su propio material.

Optimizar contra una longitud de material que no puedes comprar. Introducir «6,5 m» porque resulta cómodo, cuando tu proveedor entrega 6 m, produce un plan que se desmorona en la sierra. Define la longitud del material según la longitud de fabricación real de tu albarán.

Tratar los recortes como chatarra. Enviar cada recorte al contenedor ignora material ya pagado. Registra los recortes útiles como material remanente y deja que el optimizador los consuma primero; el acero es caro, y una barra que ya tienes no cuesta nada cortarla.

Planificar contra la longitud nominal y olvidar los extremos de la barra. Una barra que llega a 6 m menos su tolerancia de longitud, y que luego pierde un recorte de un extremo dañado, no son 6000 mm de acero útil. Optimiza contra la longitud útil, o la última pieza de cada barra saldrá corta, y lo descubrirás en la sierra, barra por barra, cuando el material ya está comprometido.

Cuando el 1D no basta: chapa y placa

La optimización unidimensional cubre barras, tubos, perfiles y varilla: todo aquello en lo que la longitud es la única dimensión relevante. Es la herramienta equivocada para el material plano.

Cortar piezas de placa o chapa de acero es un problema bidimensional: los recortes rectangulares corresponden a la optimización de paneles 2D, y los perfiles irregulares cortados por plasma, láser o chorro de agua necesitan un verdadero anidado de formas, una clase de software completamente distinta. Si tu trabajo es una mezcla —material en barra más algunas escuadras de placa—, divídelo: optimiza las piezas lineales como 1D y las piezas planas como 2D. Consulta 1D frente a 2D en la optimización de corte para saber dónde está la línea divisoria.