Unidad Profesional

Interdisciplinaria de Ingeniería

Ciencias Sociales y Administrativas

Licenciatura Ingeniería Industrial

Trabajo de recuperación

“MANUFACTURA INTEGRAL”

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

HERNÁNDEZ MAXIMINO C. ARLETT

Secuencia: 3IM60

Fecha de entrega: 12 de Diciembre del 2013

UNIDAD I.- SISTEMAS DE MANUFACTURA

1.1 SISTEMAS DE MANUFACTURA............................................................................................3

1.2 SISTEMA DE DISPOSICIÓN DE MAQUINARIA CONVENCIONAL...........................................4

1.3 SISTEMAS DE LÍNEAS DE FLUJO..........................................................................................7

1.4 SISTEMAS DE TECNOLOGÍA DE GRUPO.............................................................................11

1.5 SISTEMAS DE MAQUINAS DE CONTROL NUMÉRICO Y LENGUAJES..................................18

1.6 MAQUINAS DE TRANSFERENCIAS.....................................................................................21

1.7 CENTROS DE MAQUINADO...............................................................................................22

1.8 SISTEMAS FLEXIBLES DE MANUFACTURA.........................................................................23

1.9 SISTEMAS INTEGRALES DE MANUFACTURA.....................................................................26

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1.1 SISTEMAS DE MANUFACTURA

El sistema de manufactura implica la fabricación de productos que satisfagan a los clientes, en las fechas y términos estipulados con la calidad requerida y bajo principios de racionalización, de minimización de costos y maximización de utilidades.

En la administración de manufactura debemos prever la demanda de productos y factores de producción, ajustar la programación del trabajo, determinar los mecanismos de control, llevar a cabo el análisis y administración de las adquisiciones y del control de inventarios, determinar la localización de la planta, llevar a cabo métodos de trabajo y determinar los medios de medición, así como llevar a cabo el análisis y el control de costos.

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De esta forma, las áreas de responsabilidad que nos ayudan en la administración de manufactura son:

o Planeación y control de producción.o Investigación, diseño y desarrollo del producto.o Localización y distribución de la planta.o Administración de adquisiciones y control de inventarios.o Análisis de métodos de trabajo, su medición y remuneración.o Sistemas de calidad.o Toma de decisiones.o Financiamiento.o Recursos Humanos.o Mercado y competencia.

Como se puede observar la manufactura es un subsistema de la empresa u organización, que para alcanzar su objetivo requiere de estudios, análisis y toma de decisiones acordes a racionalizar los recursos para lograr ser productivo.

Es por ello que dentro de la planeación y control de la manufactura se deben llevar a cabo las siguientes actividades:

o Estudio de la demanda.o Planeación de la producción.o Programa de manufactura.o Aprovisionamiento y administración de inventarios.o Presupuesto de producción.o Control de producción.

1.2 SISTEMA DE DISPOSICIÓN DE MAQUINARIA CONVENCIONAL

El diseño de sistemas de fabricación flexibles, y especialmente la elección de las máquinas que utilizar, se rige por las piezas y las tareas de fabricación.

Es imprescindible que las máquinas dispongan de control numérico, en lo que pueden ser útiles tanto máquinas estándar (p.ej.centros de mecanizado) como máquinas especiales (p.ej.cambiadores de cabezales de taladrado multihusillo o unidades de fresado).

La ingeniería encargada de la elaboración del sistema completo debería ocuparse de encargar las máquinas a los proveedores.De este modo quedará en una sola mano la responsabilidad del

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funcionamiento futuro del sistema completo. Lo mismo es válido para las máquinas para operaciones posteriores sobre las piezas producidas, como las lavadoras de piezas, máquinas de medición, estaciones de inversión, etc.

Durante el funcionamiento posterior se verá muy pronto hasta qué punto se ha elegido acertadamente. Según la experiencia actual, es aconsejable utilizar en lo posible máquinas estandarizadas y no más de dos o tres tipos de máquinas diferentes. Cuando una máquina no puede utilizarse por avería u otros motivos, las máquinas restantes tienen que estar en situación de realizar, transitoriamente, las tareas de la misma para evitar el paro total del sistema de fabricación.

Ninguna de las máquinas debería estar orientada a la fabricación de una pieza concreta: cada máquina debe poderse utilizar universalmente (de modo flexible) una vez cambiadas las herramientas o incorporado el nuevo programa.Sólo así es posible adaptar rápidamente la producción del sistema a las cambiantes exigencias del mercado. También es más fácil y barata una ampliación posterior si no hay máquinas especiales que den origen a cuellos de botella difícilmente evitables.

Una vez elegidos y establecidos el número y el tipo de las máquinas, se determina su disposición y su enlace mediante el sistema de transporte.Para ello se dispone de tres posibilidades:

2 Disposición en serie 3 Disposición en paralelo 4 Disposición mixta

En la disposición en serie , es decir un conjunto de máquinas dispuestas una tras otra, cada pieza pasa sucesivamente por todas las máquinas de modo similar a la fabricación en un sistema tránsfer.

Fabricación en máquinas CN y máquinas convencionales

Fabricación en centros de mecanizado sin transporte automático de piezas

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Fabricación en sistemas y células de fabricación flexible con disposición en paralelo de máquinas redundantes.

Fabricación en una línea tránsfer flexible con disposición en serie de máquinas complementarias.

A ello corresponde también la elección de las máquinas utilizadas. Dado que en cada "estación" se realiza una operación "complementaria" a la anterior, para la disposición en serie se utilizan preferentemente máquinas complementarias , de concepción parcialmente diferente.

Esta disposición tiene notables desventajas, como:

1. El ritmo viene determinado por la máquina más lenta o por la operación más larga, es decir, que las máquinas más rápidas tienen tiempos muertos.

2. Si falla una estación se detiene todo el sistema o, para evitarlo, se han de tener.3. Programas de sustitución preparados para poder trasladar los trabajos de la

unidad problemática a otras unidades. Ello provoca un considerable gasto de programación y requiere capacidades de memoria enormes para poder contener los "programas de repuesto".

Por ello, los conceptos modernos de fabricación flexible colocan las máquinas preferentemente en disposición paralela.

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Disposición en paralelo de las máquinas M1 a M6.

ABCD representan mecanizados sobre una pieza, o bien la mecanización completa de distintas piezas.

Las piezas se conducen, según sea conveniente, hacia una o varias de estas máquinas hasta completar el mecanizado. Cuando se utilizan centros de mecanizado, todos los mecanizados posibles deberían realizarse en la máquina una vez elegida, en lugar de repartir el mecanizado sobre varias máquinas sucesivas.

En función del programa o de la pieza, con la disposición en paralelo de las máquinas-herramientas es posible mecanizar completamente las piezas sobre una máquina o efectuar operaciones complementarias.Ello resulta ventajoso cuando se utilizan, por ejemplo, determinadas máquinas sólo para trabajos de precisión y está previsto trasladar las tareas de desbaste a otras máquinas.

1.3 SISTEMAS DE LÍNEAS DE FLUJO

Una línea de flujo automatizada está compuesta de varias máquinas o estaciones de trabajo las cuales están conectadas por dispositivos que transfieren los componentes entre las estaciones según Groover (1990). La transferencia de componentes se da automáticamente y las estaciones de trabajo llevan a cabo automáticamente sus funciones específicas. La línea de flujo puede ser simbolizada como se muestra en la figura 6.1 usando los símbolos presentados en la tabla 6.1.

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Tabla 6.1 Símbolos usados en los Diagramas en los Sistemas de Producción

Objetivos de las líneas de transferencia. Las líneas de transferencia son generalmente el mas apropiado medio de producción en caso de una producción relativamente estable, grandes demandas y donde el proceso de manufactura requiere mucha mano de obra. Entonces sus principales objetivos son:

1. Reducir el costo de mano de obra.

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2. Incrementar la tasa de producción.3. Reducir el inventario en proceso.4. Minimizar el manejo de material.5. Conseguir la especialización de las operaciones.6. Conseguir la integración de las operaciones.

Tipos de líneas de Transferencia.Hay actualmente dos formas generales que el flujo de trabajo puede tener.Esas dos configuraciones son en línea y rotarys.

1. Tipo En-Línea. La configuración en línea consiste de una secuencia de estaciones de trabajo en un arreglo de líneas. La línea puede tener ángulos de 90 grados para reorientar la pieza de trabajo, por limitaciones de la distribución de planta y otras razones, pero es considerada configuración en línea.

2. Tipo Rotary. La configuración en rotary, las piezas de trabajo son colocadas alrededor de una tabla circular o disco. Las estaciones de trabajo son estacionarias y usualmente localizadas alrededor de la periferia externa del disco. Las partes se mueven en la tabla rotando y son registradas o posicionadas, en un sentido, en cada estación para su operación de ensamble. Este tipo de equipo es frecuentemente referido como maquinas de posición y la configuración es mostrada en la figura 6.3.

La selección entre los dos tipos depende de la aplicación. El tipo de rotary es limitado a pequeñas piezas y a mas pocas estaciones. No hay mucha flexibilidad en el diseño de la configuración del rotary. Por ejemplo, el tipo de disco no permite por si mismo proveer un almacén entre estaciones. Por otro lado, el rotary usualmente envuelve piezas de equipo de bajo costo y regularmente requiere menos espacio en el piso.El diseño en Línea es preferible para piezas grandes y pueden acomodar un gran numero de estaciones de trabajo. Las maquinas en línea pueden fabricar con un almacén para suavizar el efecto de los paros irregulares.

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Métodos de Transporte de Piezas de TrabajoLos mecanismos de transferencia de las líneas automatizadas no sólo mueven los componentes o ensambles entre estaciones adyacentes, también pueden orientar y localizar las partes en la posición para su procesamiento en cada estación. Los métodos generales para transportar componentes o piezas de trabajo en líneas automatizadas pueden clasificarse dentro de las siguientes tres categorías:

1. Transferencia continúa.2. Transferencia intermitente o sincronizada.3. Transferencia no sincronizada.

Estas tres categorías pueden distinguirse por el tipo de movimiento que seimparte a la pieza de trabajo mediante el mecanismo de transferencia. El tipo más apropiado para una aplicación dada depende de factores tales como:

- Los tipos de operaciones a ejecutar.- El número de estaciones en la línea.- El peso y tamaño de las piezas de trabajo.- Si se incluyen estaciones manuales.- Tasa de producción requerida.- Balanceo de varios tiempos de proceso en la línea.

o Transferencia continúa. Las partes se mueven continuamente a una velocidad constante. Estos sistemas son relativamente fácil de diseñar y fabricar, y permiten una alta tasa de producción. Ejemplo de su uso: Compañías embotelladoras de bebidas.

o Transferencia intermitente. Las piezas de trabajo son transportadas con un movimiento discontinuo. Las estaciones de trabajo están fijas y las piezas de trabajo son transportadas y localizadas en la posición correcta para su procesamiento. Todas la piezas de trabajo son transportadas al mismo tiempo por eso es llamada también transferencia sincronizada. Un ejemplo de su uso son lo ensambles.

o Transferencia No- Sincronizada. Cada pieza de trabajo es transportada a la próxima estación cuando su procesamiento en la estación actual ha sido terminado. Cada parte se mueve independientemente de la otras partes, alguna parte puede estarse procesando, mientras las demás son transportadas. Este sistema ofrece gran flexibilidad, lo que puede ser una gran ventaja en ciertas

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circunstancias, también ayuda al balanceo de líneas, y un stock de partes puede ser incorporado para evitar los paros de líneas cuando falla una estación. La desventaja es que esta sistema tiene un ciclo más lento que los otros.

1.4 SISTEMAS DE TECNOLOGÍA DE GRUPO

La importancia de responder a la creciente necesidad de variar frecuentemente los sistemas productivos para fabricar nuevos productos, como consecuencia de la rápida obsolescencia de los mismos, dio lugar a nuevos conceptos de sistemas de fabricación que permiten extender a series pequeñas las ventajas de fabricación de las grandes series.

La tecnología de grupos es una filosofía creada en un momento en el que hay un aumento de empresas de producción, y estas buscan una forma de mejorar, incrementando la eficiencia y productividad. Esto se consigue identificando y agrupando partes o componentes similares para aprovecharse de sus similitudes en el diseño y la producción. Las partes similares se agrupan en familias, donde los integrantes comparten similitudes en su forma y proceso de elaboración.

Si se clasifican y agrupan las piezas de forma que las características de las distintas piezas de un grupo sean similares, se podrían agrupar también las máquinas en unidades de producción a donde se lleven las piezas en bruto y salgan completamente terminadas, a estas se las denominan como células de producción. Tanto tecnología de grupos como las células de producción se pueden usar unidas en un mismo proceso de fabricación.

Existen casos en los que es claramente eficiente implementar Tecnología de Grupos. Estos casos son:

Cuando el proceso es tradicional y tenemos un tiempo de fabricación grande. Los productos son fácilmente diferenciables, y por lo tanto se pueden agrupar

fácilmente en familias.

Para la implantación de tecnología de grupos existen dos grandes inconvenientes. El primero es que todas las piezas han de ser examinadas y agrupadas por familias, por lo que si tenemos un gran número de piezas este trabajo será costoso y lento. El otro impedimento es el tiempo y coste de la reagrupación de la maquinaria de la fábrica, ya que dependiendo del tamaño, complejidad y producción de estas, puede suponer un sobreprecio muy elevado.

Aunque hay que tener en cuenta también las ventajas que nos ofrece aplicar tecnología de grupos en una fábrica, como puede ser la posible estandarización de herramientas y procesos, la reducción de operaciones manuales, lo que conlleva a su vez una reducción del número de posibles accidentes.

Una vez aplicada la tecnología de grupos el tiempo de diseño de productos se reduce, ya que posiblemente ya hayamos desarrollado un producto de características similares, los productos en proceso de fabricación, ‘Work-in-process’ se reducen, y la satisfacción y nivel de trabajo de los operarios aumenta, haciendo así el lugar de trabajo un sitio más agradable.

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o Familias

Una familia de partes es una colección de partes que comparten características de geometría similares o que su proceso de fabricación tiene unas tareas similares. Aunque estas características no son suficientes para incluirlas en una misma familia, la no inclusión puede venir dada por las tolerancias, cantidad de producción y materiales que componen las mismas.

En el ejemplo tenemos dos piezas que geométricamente son idénticas, pero no pertenecen a la misma familia. Ya que una es de pvc, se fabrica altas cantidades y tiene unas tolerancias muy amplias, y la otra es de latón, con una producción baja y unas tolerancias muy bajas. Esto se puede ver claramente imaginando las máquinas que fabricarían estas piezas, aunque son iguales en forma, la maquinaria para procesar pvc no será la misma que la que procesara metal, además de que cuanto menores sean las tolerancias aceptadas, más cara y compleja será la maquinaria usada.

Esto produce que uno de los principales problemas a la hora de implementar la tecnología de grupos sea, el tiempo necesario para agrupar las piezas en familias aunque se solventa un poco con el uso de técnicas de agrupación.

Existen tres técnicas posibles:

La primera de ellas es mediante inspección visual. El segundo método usado para la agrupación de familias es la codificación. El tercero y último es el PFA.

Inspección Visual Directa.

En este sistema se van clasificando las piezas a partir del examen de los planos y según sus procesos de fabricación en clases, subclases, grupos, subgrupos, etc. Pueden utilizarse las dimensiones necesarias hasta la formación de familias con el grado de semejanza requerido.

El problema de la formación directa de familias de piezas estriba en la definición de los criterios de clasificación en cada estadio de la misma. Este problema es tanto más grave cuanto mayor el número de piezas y menor su semejanza. El análisis de las características de las piezas a piezas a partir de un estudio estadístico de su distribución permite establecer los criterios básicos de clasificación.

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La formación directa de familias de piezas se facilita con una técnica de análisis-síntesis. En primer lugar se dividen las piezas de acuerdo con criterios finos de división y con un número de estadios de clasificación suficiente para que las piezas comprendidas en cada familia final tengan una gran semejanza.

El número de estas familias resultará muy grande y existirá semejanza entre familias distintas. En una segunda fase se pueden formar familias definitivas por síntesis de las familias previas. Para facilitar la división de familias previas se pueden establecer gráficos de decisión como el de la Imagen 1. Este método es el más barato, pero también el menos preciso, para la formación de familias de piezas.

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Clasificación y codificación de piezas.

Este es el método, de los tres posibles, que más tiempo consume. En la clasificación y codificación de partes, las similitudes de todas las piezas son identificadas y reflejadas en un código.

Estas similitudes pueden ser de dos tipos similitudes de diseño, la forma de las piezas es parecida, y similitudes de proceso, similitudes en la secuencia de producción de la pieza.

Normalmente estos dos tipos de similitudes no están del todo relacionadas, y se tiene que dar un cierto peso a una de ellas sobre la otra ya que ambas nos dan unos beneficios distintos sobre la fabricación. Las similitudes de diseño nos ayudan el diseño de una pieza, cuando ya tenemos otra similar previamente diseñada, ya que nos ahorra mucho tiempo de diseño. Aunque las similitudes de proceso nos ayudan a la hora de diseñar las celdas y la posibilidad de automatizar el planning de proceso, usando el código como el mismo planning de proceso.

Esto nos lleva a definir tres tipos distintos de sistemas, basados en similitudes de diseño, en similitudes de proceso, o en ambos tipos de similitudes. Esto es así ya que para un proceso puede ser muy eficiente la codificación mediante similitudes de diseño y para otro ser completamente ineficiente.

Referente al significado de los símbolos del código tenemos tres estructuras usadas:

Estructura jerárquica, donde la interpretación de un símbolo depende de un símbolo anterior.

Estructura lineal, donde la interpretación de un símbolo siempre es la misma. Estructura mixta, siendo un hibrido entre las dos anteriores.

Los códigos normalmente utilizados tienen longitudes entre 6 y 30 dígitos. Los sistemas que codifican sólo características de diseño suelen tener menos de 12 dígitos, mientras que aquellos que incorporan características de diseño y fabricación han de utilizar más dígitos.

Para una adecuada representación en este caso se necesitan entre 20 y 30 dígitos. El sistema de clasificación de Opitz representa uno de los esfuerzos pioneros en el área de la tecnología de grupos y es probablemente el más conocido de los sistemas de codificación.

El sistema Opitz utiliza la siguiente secuencia de dígitos:

12345 6789 ABCD

El código básico está formado por nueve dígitos, el cual puede extenderse con la ayuda de 4 dígitos adicionales. Los 9 primeros dígitos intentan cubrir los datos de diseño y fabricación. Los cinco primeros, 12345, denominados código de forma, describen los atributos primarios de diseño de la pieza. Los siguientes cuatro dígitos, 6789, constituyen el código suplementario.

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Indican algunos de los atributos que serían de uso para la fabricación (dimensión, material, características de la pieza base y precisión). Los cuatro dígitos extra, ABCD, son el llamado código secundario e intentan representar el tipo de procesos de operación y la secuencia, aunque también puede ser utilizada por la compañía para sus necesidades particulares.

Otro sistema de codificación importante es el sistema MICLASS, acrónimo de Metal Institute Clasification System y fue desarrollado por TNO, Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada. El código de MICLASS puede tener entre 12 y 30 dígitos.

Los 12 primeros son un código universal aplicable a cualquier pieza. Se dispone de hasta 18 dígitos adicionales para ser aplicados en la codificación de datos específicos de la compañía o industria. Por ejemplo tamaño del lote, tiempo por pieza, coste, y secuencia de operaciones deben ser incluidos en estos 18 dígitos suplementarios.

Los 12 primeros corresponden a:

1 Forma principal. 2 y 3 Elementos de forma. 4 Posición de los elementos de forma. 5 y 6 Principales dimensiones. 7 Relación de dimensiones. 8 Dimensiones auxiliares. 9 y 10 Códigos de tolerancia. 11 y 12 Códigos de material.

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Una de las ventajas del sistema MICLASS es que las piezas pueden ser codificadas usando un ordenador interactivamente. Para clasificar una determinada pieza el usuario responde a una serie de preguntas en función de cuyas respuestas el ordenador realiza la selección de código adecuado para la pieza. El número de preguntas depende de la complejidad de la pieza y se encuentra entre 7 y 20.

o Production Flow Analysis (PFA)

Production Flow Analysis (PFA) o como dice su traducción, análisis de flujo de producción, es un método de agrupación de las máquinas empleadas en los productos de fabricación, teniendo en cuenta que máquina necesita cada una de las partes que se fabrican.

Para ello, utiliza una matriz en la que las columnas representan las máquinas, y las filas representan las partes. A cada máquina se le asigna un valor numérico, y a cada parte una letra. Cuando una parte requiere una máquina en particular, el número de secuencia de funcionamiento se encuentra en la intersección de hoja de cálculo.

PFA es una aplicación, que nos permite de forma muy eficiente la planificación de la organización de una planta. Es decir, nos sirve para cambiar el diseño de esta, de tal manera que la producción puede aumentar radicalmente, bajando el tiempo de transporte entre máquinas.

Esto significa que los esquemas tradicionales de producción se transforman en grupos de producción, esto hace que cada una de las partes que se fabrican, estén equipadas con un conjunto de máquinas y equipos que les permitan completar el proceso de fabricación, teniendo que recorrer el mínimo espacio posible entre máquinas, reduciendo de esta forma las perdidas causadas por el transporte.

La siguiente figura ilustra el proceso de diseño convencional y el diseño obtenido después de aplicar el PFA.

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Las empresas que se han basado en el PFA han experimentado los siguientes efectos positivos:

En operaciones de gestión: Reducción de tiempos de producción, debido a que no dependen tanto del flujo

de material. Mejora de la entrega o ejecución. Permite delegar la responsabilidad de la calidad de los componentes, el costo y la

terminación por día al nivel de grupo, de forma que se reducirán gastos generales.

En la motivación a los trabajadores:

Aumenta la satisfacción en el trabajo debido a que las responsabilidades y tomas de decisiones se establecen de forma más clara.

En la tecnología de la información: Se puede simplificar el software dedicado al flujo de materiales, ya que estos

reducen su transporte entre máquinas.

El principal método usado para realizar un buen PFA, es un análisis cuantitativo de todos los flujos de materiales que se producen en la fábrica, y utilizar esta información y los itinerarios alternativos para formar los grupos de fabricación.

Dependiendo de la escala del proyecto, esta lógica se aplica en la empresa, la fábrica, la línea de producción y herramientas, respectivamente. Cualquiera que sea el caso, el trabajo se desglosa en los siguientes pasos:

Identificar y clasificar todos los recursos de producción, máquinas y equipos. -Realizar el seguimiento del producto y todas las rutas que se siguen en la empresa, la fábrica o un grupo concreto.

Estudiar las distintas posibilidades de rutas y el agrupamiento de las máquinas para encajar piezas en un sistema simplificado de flujo de materiales.

Estudiar más a fondo las piezas excepcionales que no corresponden a la agrupación de los recursos productivos.

Validar el nuevo sistema de flujo de materiales.

Los pasos a seguir para realizar el PFA son los siguientes:

Leer cada una de las filas, de izquierda a derecha, como un numero binario, en el que las ‘X’ representan un ‘1’ y los espacios en blanco un ‘0’. Seguidamente, ordenar las filas en orden decreciente.

Si el orden establecido es el mismo que el inicial, hemos acabado con esta parte. Leer cada una de las columnas, como un número binario en el que las ‘X’representan

un ‘1’ y los espacios un ‘0’. Ordenarlos de forma decreciente.

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De nuevo, si el orden obtenido es el mismo orden en el que se encontraban,hemos acabado.

En la siguiente imagen podemos ver un ejemplo práctico de Production Flow Análisis.

En la matriz superior, podemos observar que máquinas necesita cada una de las partes que se fabrican en una planta ejemplo. En este caso no existe ningún tipo de agrupación de estas.

En esta segunda matriz, se ven agrupadas claramente las partes y máquinas que se relacionan.

Existen casos que no pertenecen a ningún grupo de los definidos, estos son los llamados casos excepcionales, estos nos obligan a decidir si es conveniente duplicar alguna de las máquinas para dichas partes, o si por el contrario nos conviene replantearnos la forma de fabricación de la misma.

1.5 SISTEMAS DE MAQUINAS DE CONTROL NUMÉRICO Y LENGUAJES

En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente como círculos, líneas diagonales y figuras complejas tridimensionales.

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Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles.

En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más productivo.

El lenguaje de programación de un sistema de control determina las reglas con las que deberán construirse los bloques de programa en un programa CN.

Las bases del lenguaje de programación usado en sistemas de control CNC están estandarizadas.

A continuación se presentan los principios básicos para el desarrollo de bloques del programa:

Los bloques de programa consisten en un conjunto de palabras de programa que, a su vez, están compuestas por una letra de dirección y una secuencia de números.

Las palabras de programa se emplean como instrucciones o como condiciones suplementarias (funciones), dependiendo de la letra de dirección con la que la palabra comienza.

La letra de dirección de instrucción más importante es la G. Las instrucciones G (G00 a G99) controlan principalmente los desplazamientos de herramienta (por ello también se les llama "funciones de desplazamiento")

Las letras de dirección para funciones suplementarias son:

X, Y, Z: datos de coordenadas F: velocidad de avance S: velocidad de giro

En el lenguaje de programación de un sistema de control CNC, el fabricante especifica qué instrucciones pueden programarse, que funciones suplementarias son posibles en conexión con

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instrucciones individuales y que letras de dirección y secuencias de números forman las instrucciones y funciones suplementarias.

Cuando se introduce un programa CN, el sistema de control verifica si se han respetado las reglas del lenguaje de programación (p.e. si pueden añadirse funciones suplementarias a una instrucción). Sin embargo, la introducción por el programador de coordenadas equivocadas sólo puede detectarse durante la ejecución del programa.

o Instrucciones CN

Aquí se muestran un conjunto de importantes instrucciones de estándares establecidos que aparecen en los lenguajes de programación usados en sistemas de control CNC.

Estas son las instrucciones:

Aun cuando un fabricante de sistemas de control (que no siga estrictamente los estándares establecidos) no use las palabras de programa G00, G01, G02 y G03, habrá otras con el mismo efecto. Estas instrucciones tendrán entonces una letra de dirección diferente o serán introducidas desde un teclado simbólico.

Los datos de coordenadas necesarios como funciones suplementarias además de las instrucciones ya citadas, pueden ser introducidos de varias formas dependiendo del tipo de control:

o en dimensiones absolutas o en dimensiones increméntales o mediante sentencias de ángulo suplementario o en coordenadas polares

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Por motivos de simplificación, los sistemas de control CNC funcionan de modo que las palabras de programa actúan modalmente hasta que sean expresamente cambiadas. "Actuación modal" significa que la función permanece activa hasta que se reemplaza por una nueva instrucción o función suplementaria.

Ejemplo:

El desplazamiento rápido, G00

La instrucción de desplazamiento rápido se identifica con la palabra programa G00.

Una instrucción de desplazamiento rápido mueve la herramienta al punto destino a la máxima velocidad de desplazamiento. Como funciones suplementarias será necesario introducir las coordenadas del punto destino.

1.6 MA QU INA S

DE

TRANSFERENCIAS

Un mecanismo de transferencia o sistema de transferencia es un sistema de alimentación y retirada de automatizadas. Son ampliamente utilizadas en sistemas de producción en cadena altamente automatizados con flexibilidad limitada.

Una máquina que está adaptada para utilizar este tipo de mecanismos se denomina máquina de transferencia, aunque también es conocida como máquina transfer o máquina transfert.

Tipos de transferencia

Existen varios tipos de mecanismos de transferencia:

Transferencia lineal. En estos sistemas, se utilizan cintas transportadoras o rieles con rodillos. Habitualmente, cuando se utilizan rieles con rodillos, las piezas se montan sobre palés o jaulas interconectadas mediante los cuales se empujan unas piezas a otras para avanzar.

Por mesas giratorias. Estos sistemas son utilizados cuando la cantidad de máquinas a alimentar es limitada, disponiéndose cada una para trabajar sobre un sector circular

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determinado de una mesa giratoria. Al girar la mesa las piezas avanzan de una máquina a la siguiente. La alimentación y retirada de piezas se realiza en el mismo sector circular o en sectores diferentes.

Por carriles de suspensión. Las piezas van colgadas de un transportador que se desplaza por unos rieles.

Control de movimiento y de calidad

El avance de las piezas habitualmente tiene un movimiento discontinuo, alternando entre periodos en movimiento y periodos en reposo.

Existen diversos sistemas para controlar el avance de las piezas, utilizando sensores u otros mecanismos y mediante comunicaciones máquina a máquina (M2M, abreviatura del inglés machine to machine).

Entre las operaciones de elaboración realizadas se intercalan operaciones de inspección para controlar la calidad de fabricación

Aplicaciones

Los mecanismos de transferencia se utilizan cuando es técnica y económicamente viable. Un sistema de transferencia tiene un alto coste de adquisición y de mantenimiento, pero requieren menos mano de obra durante en las operaciones de carga y descarga de las máquinas una a una y de transporte. Sólo son utilizadas cuando se fabrican lotes numerosos de productos similares con volúmenes altos de producción.

La aplicación de mecanismos de transferencia abarca diversos sectores industriales. Algunos ejemplos son:

Industria del automóvil: tanto en la fabricación de componentes, como bloques de motor, válvulas, etc., como en el montaje de piezas.

Industria de la alimentación: envasado de productos líquidos, fabricación de alimentos precocinados, bollería industrial, etc.

Otros: industrias tabacaleras.

1.7 CENTROS DE MAQUINADO

Tradicionalmente las operaciones de torneado, fresado, etc. se realizaban transportando la pieza a mecanizar de una máquina-herramienta a otra antes de que esta estuviera completamente mecanizada. Esto es un método de fabricación viable que puede ser altamente automatizado, lo cual dio comienzo a lo que se conoce como líneas transfer. Estas consisten en numerosas máquinas-herramientas colocadas secuencialmente, y la pieza se desplaza de estación en estación, realizándose una operación de mecanizado particular en cada una de ellas. Las líneas transfer son comúnmente utilizadas en grandes producciones y/o en producciones en masa.

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Existen situaciones y productos donde esas líneas transfer no son convenientes económicamente, particularmente cuando los productos a ser mecanizados cambian rápidamente. En los años 50 se desarrolló un importante concepto, los centros de mecanizados.

Un centro de mecanizado es una estación simple controlada por CNC, una máquina herramienta capaz de fresar, taladrar, escariar, etc. Estas máquinas herramientas son usualmente equipadas con un cambiador automático de herramientas y diseñadas para realizar operaciones sobre distintas superficies de piezas sobre una tabla rotante. Por lo tanto, luego de una operación en particular, la pieza no tiene que ser removida y llevada a otra máquina para una transformación posterior. Los almacenadores de los intercambiadores de herramientas ocultan las herramientas y los intercambia con esos en los husillos según los comandos del programa que asegura velocidades óptimas y almacenamiento tan bien como las coordenadas de los espacios necesarios para maquinar la pieza.

Un centro de mecanizado puede estar equipado con más de 200 herramientas. Es capaz de manufacturar grandes y complejas partes eficientemente y con gran exactitud.

El alto nivel de flexibilidad de los centros de mecanizado se encuentra íntimamente relacionado con el alto nivel de automatización que poseen. Los últimos desarrollos en los centros de mecanizado incluyen dispositivos de cambio de plataformas, cambiadores principales que perforan y cambiadores del compartimiento de la herramienta.

1.8 SISTEMAS FLEXIBLES DE MANUFACTURA

Un sistema flexible de manufactura (FMS, por sus siglas en inglés) integra todos los elementos importantes de la manufactura en un sistema altamente automatizado. Utilizado por primera vez a finales de la década de 1960, un FMS consta de varias celdas de manufactura, cada una con un robot industrial (que da servicio a diversas máquinas CNC) y un sistema automatizado de manejo de materiales, todo conectado a la computadora central. Desde ésta se pueden descargar diferentes instrucciones para cada una de las partes sucesivas que pasan a través de una estación

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de trabajo en particular. El sistema puede manejar una variedad de configuraciones de partes y producirlas en cualquier orden. En la figura 39.3 se muestra la vista general de una instalación FMS en una planta.

Este sistema altamente automatizado tiene la capacidad de optimizar cada paso de la operación total. Estos pasos pueden comprender (a) uno o más procesos y operaciones, como maquinado, rectificado, corte, formado, metalurgia de polvos, tratamiento térmico y acabado; (b) manejo de materias primas; (e) medición e inspección, y (d) ensamble. Las aplicaciones más comunes de FMS a la fecha han sido en operaciones de maquinado y ensamble.

El FMS puede considerarse un sistema que combina los beneficios de otros dos sistemas: (1) la alta productividad de las inflexibles líneas de transferencia, y (2) la producción de trabajo en taller (job shop), que puede fabricar gran variedad de productos en máquinas autónomas, pero es ineficiente. En la tabla 39.1 se muestran las características relativas de las líneas de transferencia y FMS. Obsérvese que en un FMS el tiempo requerido para el cambio a una parte diferente es muy corto. La rápida respuesta a las variaciones de las demandas del mercado y de los productos es un atributo principal del FMS.

En comparación con los sistemas convencionales de manufactura, los beneficios principales del FMS son los siguientes:

• Las partes se pueden producir de manera aleatoria, en tamaños de lotes tan pequeños como uno y a un costo unitario inferior.

FIGURA 39.2 Esquema de un sistema flexible de manufactura que muestra centros demaquinado, una estación de medición e inspección y vehículos guiados automática mente.

Fuente: J. T. Black.

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2 Se reducen o eliminan la mano de obra directa y los inventarios.3 Los tiempos requeridos para cambios de productos son más cortos.4 Debido a que el sistema es de autocorrección, la producción es más confiable y calidad de los

productos, uniforme.

Elementos del FMS. Los elementos básicos de un sistema flexible de manufactura son: (a) estaciones de trabajo y celdas; (b) manejo y transporte automatizados de materiales y partes, y (e) sistemas de control. Las estaciones de trabajo se arreglan para rendir la mayor eficiencia en la producción con un flujo ordenado de materiales y partes en proceso a través del sistema.

Las clases de máquinas en las estaciones de trabajo dependen del tipo de producción. Por ejemplo, en el caso de las operaciones de maquinado, por lo general constan de varios. Centros de maquinado de tres a cinco ejes, tornos C C, fresadoras, taladradoras y rectificadoras. También se consideran equipos diversos, como inspección automatizada (incluyendo máquinas de medición por coordenadas), ensamble y limpieza. Otros tipos apropiados de operaciones para e! FMS son el formado de láminas metálicas, troquelado, cizallado y forjado. Pueden incorporar hornos, diversas máquinas, prensas de recorte, instalaciones de tratamiento térmico y equipo de limpieza.

Debido a la flexibilidad de! FMS, los sistemas de manejo de materiales son muy importantes. Este sistema se controla mediante una computadora central y se ejecuta por medio de vehículos guiados automáticamente, bandas transportadoras y diversos mecanismos de transferencia. Tiene la capacidad de transportar materias primas, piezas en bruto y partes en diversas etapas de terminación a cualquier máquina (en orden aleatorio) y en cualquier momento. Por lo general, las partes prismáticas se mueven en tarimas (pallets) especialmente diseñadas, en tanto que las partes con simetría rotacional (como las de las operaciones de torneado) se mueven con robots y diversos dispositivos mecánicos.

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1.9 SISTEMAS INTEGRALES DE MANUFACTURA

La manufactura integrada por computadora (CIM) se refiere a la información integrada procesando los requerimientos para las tareas técnicas y operacionales de una industria. Las tareas operacionales pueden ser referidas como la planeación de la producción y sistemas de control. La figura 6.7 muestra los elementos que constituyen un CIM.

Según Dominguez (1993), dentro de cualquier sistema integrado por computadora se pueden distinguir cuatro componentes principales:

Ingeniería de diseño automatizada (CAE). En esta área se incluyen CAD, programación NC, diseño de herramientas, ajustes o fijaciones y moldes, planificación del control de calidad y planificación del proceso productivo. Esta ultima función es el elemento unidor entre CAD y CAM y recibe el nombre de CAPP cuando esta automatizado.

Dirección de las operaciones. Esta área gobierna la adquisición de los materiales, buscando la eficiencia en costos por lo que debe incluirse un modulo de contabilidad de costos. Es necesario también incluir un modulo para la plantación y control de la producción.

Manufactura Asistida por Computadora. Esta área se encargara por una parte de la fabricación e inspección de las piezas y componentes de los artículos y por otra parte el montaje e inspección de los artículos terminados

Sistema Inteligente de almacén.

Por último para conseguir la integración de estos componentes, debe con un Sistema de Información y Comunicación.

Principal Sistema de Tecnología CIM

1. Diseño Asistido por Computadora (CAD)A. Diseño Asistido por computadora (CAD)B. Dibujo y Diseño Asistido por Computadora ( CADD)C. Ingeniería Asistida por Computadora ( CAE)

2. Manufactura Asistida por Computadora (CAM)A. RobotsB. Visión de la máquinaC. CNC, FMS, Automatización de Manejo de Materiales (AMH)D. Almacén automático y sistemas de recuperación

3. Herramientas y Estrategias para manufactura gerencial.A. Dirección de Datos, Sistemas de Información de Manufactura (DDMIS)B. Planeación Asistida por Computadora (CAP)C. Planeación del Proceso Asistido por Computadora (CAPP)

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La consecución de la integración entre los diferentes sistemas informáticos instalados en la empresa aporta beneficios económicos que pueden contribuir a la mejora de la competitividad de las empresas manufactureras. Algunos beneficios se pueden observar en la tabla 6.2

Tabla 6.2 Beneficios Potenciales del CIM

En el campo de la manufactura, cuatro importantes tendencias están presionando a favor de que se alcance la mayor integración posible, las cuales son la fabricación JIT (justo a tiempo), el diseño para la fabricabilidad (DFM), la función de despliegue de la calidad (QFD) y la fabricación integrada por ordenador (CIM).

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