2.2 SISTEMAS DE CODIFICACIÓN DE PIEZAS
2.2.2 ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE CODIFICACIÓN DE PIEZAS EXISTENTES
Los primeros exploradores en esta área [24]: Mitrofanov (Rusia), Gombinski y Birsch (Inglaterra), Opitz (Alemania) y otros, establecieron los principios, adaptaron los resultados y desarrollaron sistemas.
Se menciona que se han reportado más de 100 diferentes sistemas creados [1], aplicados a diferentes áreas como los proceso de maquinado, de fundición y de forja.
Mitrofanov creó un sistema para diseñar celdas donde se pueden maquinar piezas de diferentes familias y formar entre ellas un grupo.
Opitz lo elaboró para apoyar el diseño adecuado del equipo de producción. En la actualidad los sistemas desarrollados están orientados al área de producción.
La mayoría de los sistemas tienen un carácter jerárquico, vienen desde las generalidades hasta los pequeños detalles y para sus clasificaciones cuentan con un código desde 6 posiciones, hasta otros más complicados con un código de hasta 32 posiciones. Para su uso se aplican los códigos numéricos o alfanuméricos.
Algunos de los sistemas más conocidos se mencionan a continuación. Los sistemas de codificación que a continuación se mencionan son muy complejos para explicarlos y desarrollarlos por completo en este trabajo, así que se presenta una idea general de su funcionamiento.
c) Códigos Híbridos:
La estructura del código es una mezcla de policódigos con monocódigos. De esta manera se utiliza la estructura de monocódigo donde se puede y facilita, y se usa la estructura de policódigo para los demás dígitos. Con esto se puede lograr que la estructura del código obtenga información esencial en cada punto o característica de la pieza. Este es el método más utilizado para la estructuración de la mayoría de los sistemas de codificación y clasificación. Su estructura se muestra en la figura siguiente:
Figura 2-4 Estructura de los Códigos Híbridos
En el siguiente capítulo se presenta una descripción de los sistemas de codificación de piezas más conocidos, donde la mayoría son códigos híbridos, y se han utilizado para la clasificación de piezas, para aplicaciones de diseño y maquinado de las mismas.
2.2.2 ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS DE CODIFICACIÓN DE PIEZAS EXISTENTES
Los primeros exploradores en esta área [24]: Mitrofanov (Rusia), Gombinski y Birsch (Inglaterra), Opitz (Alemania) y otros, establecieron los principios, adaptaron los resultados y desarrollaron sistemas.
Se menciona que se han reportado más de 100 diferentes sistemas creados [1], aplicados a diferentes áreas como los proceso de maquinado, de fundición y de forja.
Mitrofanov creó un sistema para diseñar celdas donde se pueden maquinar piezas de diferentes familias y formar entre ellas un grupo.
Opitz lo elaboró para apoyar el diseño adecuado del equipo de producción. En la actualidad los sistemas desarrollados están orientados al área de producción.
La mayoría de los sistemas tienen un carácter jerárquico, vienen desde las generalidades hasta los pequeños detalles y para sus clasificaciones cuentan con un código desde 6 posiciones, hasta otros más complicados con un código de hasta 32 posiciones. Para su uso se aplican los códigos numéricos o alfanuméricos.
Algunos de los sistemas más conocidos se mencionan a continuación. Los sistemas de codificación que a continuación se mencionan son muy complejos para explicarlos y desarrollarlos por completo en este trabajo, así que se presenta una idea general de su funcionamiento.
Sistema Opitz
Desarrollado en los 1960´s por H. Opitz (1905-1977) en la Universidad de Aachen en Alemania. Representa uno de los primeros grandes esfuerzos desarrollados en la TG, y es uno de los más conocidos, aunque tal vez no el más utilizado. A cada pieza se le asigna un número de identificación (6 dígitos), un número de clasificación (9 dígitos) y un número de información (4 dígitos) y se representa así [24]:
XXXXXX XXXXXXXXX XX XX
A B C D
donde:
A. Es el número de identificación de la pieza, asignado en secuencia asociado con el número del plano.
B. Es el número de clasificación. Dentro de este número los primeros cinco dígitos representan la codificación de forma y geometría de la pieza y los últimos cuatro dígitos representan la codificación suplementaria para especificar materia prima, tipo de material, precisión, entre otras.
C. Es el número para especificar el tipo de dibujo.
D. Es el número para especificar el tipo de calidad necesaria.
En la siguiente figura [19] se muestra brevemente la codificación del número de identificación de la forma y geometría de la pieza, asociada aquí con el inciso B:
Figura 2-5 Estructura Básica del Sistema Opitz 1er. Dígito Tipo de Pieza 2º Dígito Forma principal 3º Dígito Maquinado de Sup. rotacionales 4º Dígito Maquinado de Sup. planas 5º Dígito Orificios Auxiliares y dientes Especial No rotacional Especial Rotacional 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Forma interna Maq. Rot. Ext. e Int. Principales orificios Orificios aux. y dientes Orificios auxiliares y dientes Orificios auxiliares Y dientes Maquinado de sup. planas Maquinado de sup. planas Maquinado de sup. planas Forma externa Forma principal Forma principal Forma principal Código Suplementario Dígitos 6 7 8 9 Dimensiones M aterial F orm a de la mater ia pr im a Exac titud Forma general L/D =< 0.5 0.5<L/D=< 3 L/D>3 A/B=<3 A/C>=4 A/B>3 A/B=<3 A/C < 4 L/D=<2 con desv. L/D > 2 con desv.
El código básico consiste en nueve dígitos, y puede ser extendido añadiendo cuatro dígitos más. Los primeros cinco dígitos son los que expresan la forma de la pieza, los siguientes cuatro representan datos de diseño y manufactura. El código fue diseñado inicialmente para piezas maquinadas pero se ha podido utilizar con otros procesos como ensambles y fundición [4]. La codificación de forma (cinco dígitos) se explica brevemente en la Tabla 2-1:
Tabla 2-1 Código Geométrico del Sistema Opitz
En el código suplementario (cuatro dígitos), el primer dígito define el tamaño general de la pieza, el segundo dígito se usa para especificar el tipo de material, el tercer dígito indica la forma inicial de la materia prima y el cuarto dígito especifica la exactitud deseada. La siguiente tabla muestra la estructura de los dígitos suplementarios del código Opitz.
Diámetro “D” o
Longitud de la arista “A”
Material Forma inicial Dígito indicativo de la
precisión
mm Pulgadas
0 ≤
20 ≤ 0.8 0 Hierro gris 0 Barra redondo, negro 0
No se especifica precisión 1 > 20 ≤ 50 > 0.8 ≤ 2 1 Hierro modular y hierro maleable 1 Barra redondo, estirado brillante 1 2 2 > 50 ≤ 100 > 2 ≤ 4 2 Acero < 26.5 ton/pulgsin tratamiento térmico 2 2
Barra triangular, cuadrado, hexagonal, otros 2 3 3 > 100 ≤ 160 > 4 ≤ 6.5 3 Acero > 26.5 ton/pulg2
para tratamiento térmico bajo carbono, endurecido superficial sin tratamiento térmico
3 Tubo 3 4
4 > 160 ≤ 250 > 6.5 ≤ 10 4 Aceros 2 y 3 con tratamiento térmico 4 Ángulo U, T y de perfiles similares 4 5 5 > 250 ≤ 400 > 10≤ 16 5 Aceros aleados sin tratamiento térmico 5 Hojalata 5 2 y 3 6 > 400 ≤ 600 > 16 ≤ 25 6 Aceros aleados con tratamiento térmico 6 Solera y placas 6 2 y 4 7 > 600 ≤ 1000 > 25 ≤ 40 7 Metales no ferrosos 7 Componentes vaciados y forjados 7 2 y 5 8 >1000 ≤2000 > 40 ≤ 80 8 Aleación ligera 8 Montaje mediante soldadura 8 3 y 4
9 > 2000 > 80 9 Otros materiales 9 Componentes premaquinados 9 (2 + 3 + 4 + 5) Tabla 2-2 Dígitos Suplementarios del Código Opitz
Fuente: [24]
Se menciona que este sistema se ha probado con más de 100,000 piezas y sus resultados han sido satisfactorios. Una ventaja del sistema Opitz es su flexibilidad y la facilidad con que se puede modificar, con el fin de introducir o considerar las circunstancias específicas de una fábrica [24]. Pero también presenta dos desventajas, es posible tener diferentes códigos para partes que tienen atributos de manufactura muy similares y algunas piezas con diferentes procesos pueden llegar a tener el mismo código, o uno muy similar.
Código MULTICLASS o MICLASS
Originalmente llamado MICLASS (por Metal Institute Classification System), fue desarrollado por la Organización para la Investigación Industrial de Holanda (Netherlands Organization for Industrial Research, OIR por sus siglas en inglés), ha sido ampliamente usado y distribuido en los Estados Unidos de América. Es usado interactivamente con una computadora que pide al usuario contestar varias preguntas, y en base a las respuestas, la computadora asigna automáticamente un número de código a la pieza. El software está compuesto de varios módulos que pueden ser conectados entre sí. El costo de cada uno está entre $50,000 y $500,000 dólares.
Consta de 30 posiciones, y está dividido en dos regiones, una es dada por la OIR, y la segunda es designada por el usuario de acuerdo a sus necesidades y requerimientos. El código es precedido
por un prefijo que identifica el tipo de pieza (por ejemplo, el valor 1 en el prefijo indica piezas maquinadas y láminas de metal). Para una pieza maquinada, el código para los primeros 18 dígitos se resume en la tabla siguiente:
Dígito Descripción
0 Prefijo del código
1 Categoría de forma principal 2
3 Configuración externa e interna 4 Elementos de maquinado secundario 5 6 Descriptores funcionales 7 8 9 10 11 12 Datos de dimensión 13 Tolerancias 14
15 Química del material
16 Forma de la materia prima
17 Cantidad de producción
18 Orientación de elementos de maquinado
Tabla 2-3 Significado de los Primeros 18 Dígitos del Sistema MULTICLASS
Fuente: [19]
A partir de la experiencia del MICLASS, la Organización para la Investigación Industrial (OIR) desarrolló el MULTICLASS con 32 posiciones, que permite la codificación de una gran variedad de productos, piezas, conjuntos, máquinas herramientas y piezas acopladas.
Sistema CODE MDSI
Desarrollado en los años setenta por Manufacturing Data Systems Incorporated (MDSI), CODE MDSI, es un código diseñado para clasificar y codificar piezas mecanizadas, aunque puede ser modificado de acuerdo a las necesidades de la compañía. Es un código del tipo híbrido, que utiliza 8 posiciones. Para cada posición utiliza 16 valores, de 0 a 9 y de A hasta la F, es decir, es hexadecimal. La primera posición indica la forma básica de la pieza, y el resto de las posiciones registran información referente a la forma de la pieza, sus características y dimensiones. Estos datos pueden ser almacenados en bases de datos [4].
El significado de cada posición se da en la siguiente tabla:
Posición no.
Característica descrita
1 Tipo de pieza
2 Forma básica exterior
3 Tipo de orificio principal 4 Ubicación de los orificios
diferentes del principal 5 Rebajes,cuerdas 6 Significado especial (por
ejemplo; concentridad)
7 Característica de longitud
8 Longitud total de la pieza Tabla 2-4 Clasificación de la Dimensión de la Familia
Sistema Brisch Birn
Este sistema fue desarrollado en Inglaterra en 1948. El código es completamente numérico y fue uno de los primeros, si no es que el primer sistema para clasificar y codificar procesos dentro de la organización introduciendo orden y control en toda la industria manufacturera. El código es apropiado para la utilización en el diseño. La compañía Brisch Birn & Partners, Inc. desarrolló un programa computacional para la integración y organización de datos necesarios para producir un producto dentro de una compañía. El programa fue llamado “Alpha Graphics System” (TAGS), el cual funciona como un minicompilador que puede ser operado desde un procesador central para proveer datos a toda la planta manufacturera.
Sistema DCLASS
Desarrollado en el Laboratorio de CAD/CAM de la Brigham Young University en 1976, DCLASS no es propiamente un Sistema de Codificación y Clasificación, es un Sistema Computacional diseñado para recorrer rápida y eficientemente un árbol de decisiones. Con este recorrido genera un código que puede ser usado para comparar la información de la pieza en una base de datos. DCLASS es utilizado como un programa manejador de base de datos. El sistema puede procesar la información a través de árboles de monocódigos o policódigos para formar sistemas de monocódigo, policódigo o sistemas híbridos [4].
Cuenta con un módulo de estandarización de familias de piezas, con un módulo de estandarización de procesos y un módulo de estandarización de las herramientas. Además cuenta con un paquete computacional, el cual se utiliza para estandarizar tiempos, calcular costos y el diseño integrado (adaptación del diseño del producto existente) [24]
La concepción fundamental del sistema DCLASS está basado en:
• Árbol en E
• Árbol en N
La diferencia básica entre ambos conceptos es la siguiente [24]:
• Árbol en E tiene los datos que se rechazan de manera mutua.
• Árbol en E tiene carácter binario y es probable encontrar una ramificación con más de tres ramas.
• Árbol en N tiene los datos que no se rechazan de una manera mutua. Por lo que se pueden escoger las ramas simultáneamente.
Redondo
Forma del sólido Redondo con desviaciones Redondo inclinado en B Rotacional
Media esfera
O/T sólido Cono
Torus Forma básica Soportes Forma de placa No rotacional Sólido de forma de caja Formas especiales
Figura 2-6 Árbol E Aplicada para Clasificar la Forma Básica de la Pieza de Trabajo
Fuente [24]
Chaflán Características esquina / filo Corte en bisel
Soldadura ortogonal Radio
Agujero / Nicho Características de las formas Dientes / Rosca / Nudo
Curvatura
Delineación Asiento
Nervadura Alabes
Chaveta, Ranura
Figura 2-7 Árbol N Aplicado para Clasificar las Características de las Formas
El código se muestra en la Figura 2-8 es alfanumérico y contiene 8 dígitos, ordenados de la siguiente manera:
• Los tres primeros, la forma básica
• El cuarto, características especiales
• El quinto, la dimensión
• El sexto, precisión
• El séptimo y octavo, tipo de material
Forma básica
Característica de la forma
Tamaño Precisión Material
B 1 1 - 2 - 3 - 4 - A 1
Figura 2-8 Código de Familia de Piezas
Fuente: [24]
Por lo general, las formas básicas de las piezas se consideran como rotacionales y no rotacionales. Las formas básicas se dividen tomando en cuenta sus características geométricas, en internas y externas. Algunos ejemplos de las formas básicas tomadas en cuenta en este sistema de codificación se muestran en la Figura 2-9.
Figura 2-9 Formas Básicas Sistema DCLASS
Código de dimensión
Este código forma la tercera sección de la descripción de familia. Los diferentes tamaños de la pieza se pueden diferenciar mediante nueve distintos números mostrados en la tabla siguiente:
Código Inglé s Métrico Descripción 1 0.5” 10 mm Sub-miniatura 2 2” 50 mm Miniatura 3 4” 100 mm Pequeño 4 10” 250 mm Medio- pequeño 5 20” 500 mm Medio 6 40” 1000 mm Medio-grande 7 100” 2500 mm Grande 8 400” 10000 mm Extra-grande 9 1000” 25000 mm Gigante
Tabla 2-5 Clasificación de la Dimensión de la Familia
Fuente: [24]
Código de tolerancia
Este código se determina mediante cinco diferentes números. Los rangos de la rugosidad y tolerancia se indican en la siguiente tabla:
Código Tolerancia Rugosidad
1 2 3 4 5 < 0.0005” .0005” - .002” .002” - .010” .010” - .30” > .30” < 4 RMS 4-32 RMS 32-125 RMS 125-500 RMS > 500 RMS Tabla 2-6 Clasificación de la Clase de Precisión
Fuente: [24]
Los últimos dos dígitos se reservan para determinación del material. La descripción es alfanumérica, como se muestra en la figura que se encuentra en la siguiente página [24]:
Aceros AISI/SAE A1
Aceros tipo H A2
Aceros al carbón/ Aleaciones bajas A3
aleaciones bajas Aceros p/ transformadores A4
Aceros especiales A5
Aceros
Aceros p/ herramienta A6
Aceros de alta Acero inoxidable A7
aleación Ultra fuerte A8
Ferrosos
Hierro gris B1
Hierro blanco B2
Hierro Hierro maleable B3
Fundido Hierro dúctil B4
Hierro de aleación B5
Aleaciones de aluminio D1
Metales ligeros Aleaciones de berilio D2
Aleaciones de magnesio D3
Aleaciones de titanio D4
Aleaciones de cromo E1
Aleaciones de cobalto E2
Metales de peso Aleaciones de cobre E3
Metales de promedio Aleaciones de manganeso E4
Metales ingeniería Aleaciones de níquel E5
Aleaciones de vanadio E6
Aleaciones de bismuto F1
Aleaciones de plomo F2
Aleaciones de bajo Aleaciones de estaño F3
punto de fusión Aleaciones de zinc F4
Metales pesados Niobio G1
Aleaciones de molibdeno G2
Aleaciones de alto Aleaciones de tantalio G3
No punto de fusión Aleaciones de tungsteno G4
Ferrosos
Metales Metales nobles H1
preciosos Grupo platino H2
Metales Aleaciones de galio J1
Especiales Aleaciones de germanio J2
Metales Aleaciones de indio J3
especiales Aleaciones de silicón J4
Aleaciones de telurio J5
Sistema VUOSO-PRAHA
Este código tiene una estructura de cadena, está compuesto de 4 dígitos que caracterizan a la pieza, por tipo, clase, grupo y material. Es usado en la clasificación de piezas con el fin de determinar que departamento las producirá [1].
Fue destinado para un grupo amplio de piezas con formas complejas y piezas hechas en lámina. La base es un código numérico de 4 lugares, los cuales se resumen en la siguiente tabla:
Posición Característica descrita
Tipo Forma básica
Clase Carácter y tamaño de la pieza
Grupo Presencia de elementos
tecnológicos de diseño o de construcción
Sub- grupo
Tipo de semi producto y material
Tabla 2-7 Significado de los Dígitos del Sistema Vuoso
Sistema VUSTE-PRAHA
Es un método que descompone en forma lógica la base de una pieza de la industria de maquinarias. El objetivo de todo el método es obtener información estable sobre el estado de una pieza del programa básico de producción para asegurar su forma operativa.
La base del método requiere de información sobre los rasgos característicos de las piezas tal como elementos constructivos y la tecnología de producción del maquinado, conformado, colado, entre otros. La base del código es un número de tres posiciones:
Posición No.
Característica descrita
Tipo Forma básica
Clase Carácter de la pieza
Grupo Presencia de elementos
tecnológicos de diseño Tabla 2-8 Significado de los Dígitos del Sistema Vuste
Está diseñado para un amplio grupo de piezas, desde rotacionales hasta piezas fabricadas de lámina.
Sistema de clasificación CADCAM
El significado de las posiciones individuales en el sistema de codificación CADCAM son las siguientes:
Posición Significado de la posición
1 Forma global de la pieza
2 Forma exterior
3 Forma interior
4
Dimensión exterior-
tolerancia en las dimensiones exteriores 5,6 Dimensiones 7 Longitud 8 Longitud secundaria 9 Rugosidad 10 Tolerancia de la forma 11 Material
12 Semi producto (semi
terminado) 13,14 Dimensión interna 15 Cuerda 16 Simetría de la pieza 17 Orificios perfilados 18 Tolerancia
19,20,21 Superficies frontales de las piezas de rotación
22,23 Ranuras/ rebaje
Tabla 2-9 Significado de los Dígitos del Sistema CADCAM
Este sistema tiene una gran similitud en su estructura y sus posiciones al sistema KK-3 que es explicado a continuación.
Sistema KK-3
El Sistema KK-3 fue desarrollado en la década de los setenta por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Industria de la Maquinaria (JSPMI por sus siglas en inglés). Es un sistema creado con el propósito de clasificar y codificar piezas mecanizadas. Esta compuesto de 42
dígitos decimales, 21 de para piezas rotacionales y otros 21 para las piezas no rotacionales o prismáticas, la mayor parte de los dígitos pueden adoptar 10 posibles valores que permiten obtener información detallada sobre las piezas. El significado de cada dígito para el sistema KK- 3 se muestra en la siguiente tabla.
1 Clasificación general
2 Nombre de la pieza Clasificación detallada
3 Clasificación general
4 Materiales Clasificación detallada
5 Longitud 6
Dimensiones
principales Diámetro
7 Formas principales y relación entre L/D
8 Superficie externa y forma inicial
9 Partes con cuerdas concéntricas
10 Ranura funcional
11 Partes con forma extraordinaria
12 Superficies formadas
13
Superficie externa
Superficie cíclicas
14 Forma interna inicial
15 Superficies internas curveadas
16
Superficie
interna Superficies planas y cilíndricas internas
17 Superficie final
18 Barrenos regularmente localizados
19 Barrenos no concéntrico s Barrenos especiales 20 Detalles de forma y tipos de procesos
Procesos sin corte de material 21 Exactitud
Tabla 2-10 Dígitos del Sistema KK-3 para una Pieza Rotacional
Fuente [1]
El Sistema de Codificación y Clasificación KK-3 ha sido elegido como base para desarrollar este trabajo sobre otros sistemas, debido a que tiene características que otros no tienen. Mientras el sistema KK-3 se caracteriza porque:
• Fue diseñado con el objeto de clasificar y codificar piezas sometidas a procesos de mecanizado, razón por la cual, esta estructurado de tal manera que clasifica y codifica piezas de acuerdo a características o atributos geométricos y tecnológicos generados mediante el corte de metal o abrasión.
• Es de dominio público.
• Es capaz de describir algunos de manufactura sin desprendimiento de viruta como doblado, soldadura, prensado y forja.
• Utiliza 21 dígitos universales para la descripción de piezas rotacionales, y 21 dígitos universales para las piezas no rotacionales, lo que facilita su uso y estandarización. Además de que es el código público que proporciona más información acerca de las piezas.
Otros sistemas como Opitz, Vuoso y Vuste Praha, MICLASS, DCLASS, CODE, entre otros se caracterizan porque:
• Fueron diseñados con el objeto de clasificar y codificar piezas en función de atributos de diseño, de manufactura o incluso considerando funciones administrativas, pero sin ser tan explícitos y detallados en la descripción de piezas mecanizadas como el KK-3.
• La mayoría son sistemas de dominio privado que son comercializados por alguna empresa.
• No describen procesos de manufactura sin desprendimiento de viruta como: soldadura, forja, etc.
• Utilizan una menor cantidad de dígitos universales. El sistema que utiliza más dígitos de este tipo es el MICLASS, con 12 dígitos únicos o universales y 18 asignados por el usuario. Esto dificulta su uso y estandarización, además que con respecto al Sistema KK-