del Petróleo
3.3. SISTEMAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE
Según sea el grado de dependencia del proceso respecto del producto pueden establecerse cuatro tipos principales de sistemas de fabricación:
Independiente:
El proceso no depende del diseño del producto. Por ejemplo un taller con máquinas herramientas convencionales.
Programable: •
El proceso puede adaptarse a una variedad de productos. Máquinas de control numérico.
Flexibles:
Un proceso con una configuración única puede fabricar una amplia gama de productos. Cadena de montaje. Células de fabricación flexible.
Dedicados:
El proceso es apto para un único diseño del producto. Máquinas transfer.
Los sistemas independientes son los más flexibles y baratos pero también los menos productivos y de mayor costo unitario. Los dedicados son rígidos, muy costosos pero de elevada productividad y menos costo unitario.
Con relación a la estandarización y vida media del producto, los sistemas dedi- cados son adecuados para elementos muy estandarizados y de vida media larga mientras que los independientes son apropiados para productos de vida corta y poco estandarizados.
Por lo tanto, un sistema de fabricación debe analizarse cuidadosamente en fun- ción de las exigencias que debe cubrir durante su periodo de amortización. En general, un aumento de la flexibilidad significa una pérdida de productividad y un mayor costo unitario; sin embargo, las características del mercado condi- cionan cada vez más a los sistemas de fabricación flexible. La premisa funda- mental debe ser: diseñar un sistema productivo tan rígido como sea posible y tan flexible como sea necesario. La flexibilidad no es un objetivo en sí, sino un medio para conseguir la rentabilidad de la empresa.
Por esta razón, detrás del nombre de la fabrica flexible se encuentra no sólo un equipo de producción capaz de alcanzar productividades y costos parecidos a los de los sistemas dedicados, sino también toda una nueva política de racio- nalización y optimización de la producción que permite, en conjunto, alcanzar
•
Sistemas modernos de manofactura 15 unos niveles de productividad global muy por encima de la conseguida por métodos convencionales.
Según una estadística facilitada por la Society of Manufacturing Engineers, en una
fabricación clásica por lotes, trabajando a dos turnos, los materiales se pasan en espera 95% del tiempo de fabrica, bien en almacén o bien en pie de máquina; 5% de estos montados en las máquinas, 70% de tiempo es de preparación. Es decir, solo se trabaja realmente sobre el material 1.5% del tiempo de su permanencia en el taller. Las instalaciones están 50% paradas y arranca viruta sólo 15% de su tiempo disponible. En este estudio se han considerado como disponibles las 24 horas de los siete días de la semana.
Estas cifras dan una idea del enorme potencial de mejora que un sistema flexi- ble, basado en máquinas automáticas controladas por los plc, pueden ofrecer
en estas empresas en cuanto a mayor utilización de instalaciones, reducción de almacenamientos, disminución de mano de obra; en una palabra, aumento espectacular de su productividad.
Pero la incorporación de nuevas tecnologías al proceso productivo es acon- sejable efectuarla cuando han alcanzado un suficiente grado de madurez, des- pués de superar la etapa de desarrollo, en general, a cargo de grandes empresas líderes en el campo tecnológico.
Referente a las tecnologías de fabricación, disponibles hoy en día, situadas so- bre la curva de la S de vida tecnológica, las máquinas convencionales caen ya en la zona de obsolescencia; las máquinas de control numérico se hallan en la zona alta de madurez. Superada la etapa de desarrollo, y en zona de creciente aplicación, encontramos en primer lugar el cnc, –control numérico compu-
tarizado próximo ya a la zona de madurez, la célula flexible, el dnc control
numérico distribuido con máquinas cnc– y los sistemas de fabricación flexible
recién salidos de su etapa de desarrollo. En la zona de estudio y desarrollo se encuentran los sistemas flexibles integrados y los sistemas totalmente automá- ticos mostrado en la gráfica 1.
fa = Fábrica Automática.
cim = Fábrica Integrada por Ordenador. ff = Fábrica Flexible.
dnd= Control Numérico Distribuido. cff = Célula de Fabricación Flexible. cnc = Control Numérico con Ordenador. cn = Control Numérico.
mc = Máquinas Convencional.
Gráfica 1. Desarrollo tecnológico
Esto significa que los grandes sistemas flexibles de fabricación están reser- vados a las grandes empresas no sólo por el volumen de las inversiones ne- cesarias, sino también por el elevado grado de formación, experimentación y desarrollo industrial que requiere su explotación. Afortunadamente para las pequeñas y medianas empresas, dentro de la fabricación flexible se desarrolla cada día más el concepto de modularidad. Es decir, células flexibles de 3 o 4 máquinas para aplicaciones específicas, que después se acoplan entre sí y con un sistema de almacenamiento y transporte automático.
Sistemas modernos de manofactura 15 Estas células flexibles, constituidas por máquinas cnc con alimentación auto-
mática de materiales y herramientas, gobernadas por un ordenador, constitu- yen el núcleo fundamental de la fabricación flexible. Permiten la fabricación automática de una familia de piezas y están dotadas de unos almacenes tampón de piezas y herramientas que les facilitan el funcionamiento sin atención de operarios, al menos durante un turno, en general el turno de noche.
La experiencia industrial ya alcanzada con estos sistemas permite esperar el éxito de la implantación de las células flexibles siempre que ésta se efectúe correctamente, es decir, acompañada de modificaciones de organización, mé- todos y sistemas de trabajo.
La tasa de crecimiento de las instalaciones de fabricación flexible es 40% anual y se estima que para el 2020, 80% de la producción mecánica se efectuará en instalaciones flexibles.
SISTEMAS DE FABRICACIÓN FLEXIBLE
En los últimos años el término de fabricación flexible se utiliza ampliamente para designar una nueva tecnología de fabricación. Y como siempre que una pala- bra se pone de moda, se desarrollan dos tendencias: en una de ellas se utiliza para calificar cualquier cosa que tenga relación, aunque sea lejana, con su significado inicial: todo es flexible, todo ayuda a mejorar la flexibilidad. Y la propaganda de las firmas suministradoras de cualquier elemento de fabricación, la ingeniería, la prensa técnica, conferencias y seminarios, giran en torno a la flexibilidad. Otra tendencia es ampliar el contenido de la palabra de forma que se utiliza para designar una gran variedad de conceptos y aplicaciones. Así, dentro de la técnica de fabricación flexible se encuentran, además de la flexibilidad, técni- cas tan diversas como la estandarización, automatización, logística compras, mantenimiento, nuevas tecnologías, etcétera.
Por otro lado, las primeras aplicaciones de una nueva tecnología ayudan a for- mar una idea, a veces desacertada, de la misma. Así ocurre también con la
fabricación flexible. Las grandes líneas automáticas de mecanización y mon- taje de las empresas de automoción han configurado, para mucha gente, la idea de que la fabricación flexible es una automatización integral de la fabrica con grandes inversiones, y que por lo tanto esta solo al alcance de las potentes fir- mas internacionales con grandes series de fabricación. Es una idea totalmente opuesta a la realidad. La fabricación flexible es la tecnología más adecuada para la pequeña y mediana empresa que trabaja por lotes y tiene una gran variedad de producción y su concepto es aplicable a cualquier tipo de proceso producti- vo, sea mecánico, eléctrico o electrónico, textil, químico, etcétera. La aplicación actual más extendida se lleva a cabo en los talleres de mecanización y montaje, en donde además se alcanza un nivel elevado de complejidad.
Pero ¿qué es la fabricación flexible? La literatura técnica nos da varias defini- ciones muy generales:
Es un proceso bajo control automático capaz de producir una variedad de productos dentro de una gama determinada.
Es una tecnología que ayuda a optimizar la fabricación con mejores tiempos de respuesta, menor costo unitario y calidad más alta, median- te unos mejores sistemas de control y gestión.
Principales funciones desarrolladas por un sistema de fabricación flexible. Mecanización automática.
Cambio automático de piezas y herramientas. Transporte automático entre máquinas. Identificación de piezas y herramientas Autocorrección de desviaciones.
Logística de máquinas, materiales y herramientas. Otras más detalladas:
Es un sistema de fabricación integrado por máquinas e instalaciones téc- nicas enlazadas entre sí por un sistema común de transporte y control, de forma que existe la posibilidad, dentro de un margen determinado. a) b) • • • • • • •
Sistemas modernos de manofactura 161 El conjunto de todas estas definiciones, enfocadas desde distintos pun- tos de vista, ayudan a configurar una idea sobre esta nueva tecnología.
CONFIGURACIÓN DE LOS SISTEMAS DE FABRICACIÓN FLEXIBLE
Las líneas específicas flexibles derivadas de las líneas transferibles convenciona- les tienen una flexibilidad muy limitada. Aceptan variantes en general de un solo tipo de pieza, por ejemplo carters de motor u otro tipo de pieza prismática. En los sistemas de máquinas universales convencionales se dispone ya de una gran flexibilidad. El objetivo de la incorporación de las nuevas tecnologías es el de aumentar la productividad, automatizando todas las funciones del meca- nizado sin perder por ello su flexibilidad inicial.
Así, instalando en los cnc –máquinas de control numérico por ordenador–
más funciones de mecanizado y cambio automático de herramientas y piezas, almacenes tapón a pie de máquina para garantizar un funcionamiento desa- sistido, es decir sin operarios, durante varias horas, y dotándolos de medios de medición y auto corrección. Las células de fabricación flexible se utilizan para mecanizar totalmente una gran variedad de piezas.
La fabricación de lotes medios de productos de características distintas ne- cesitaba hasta hace poco de sistemas de fabricación adecuados. Las máqui-
nas transfer o especiales suponen una inversión demasiado elevada con una
amortización que se alarga excesivamente en unas condiciones de entorno que cambian con rapidez. El nivel de incertidumbre en el producto no aconseja la inversión en elementos de fabricación especiales para el mismo. Las máquinas convencionales, por su escasa productividad, proporcionan en general costos unitarios demasiado elevados.
El taller flexible tiene por objeto dotar a estas empresas de medios de produc- ción automáticos que permitan una productividad elevada, como si se tratara
de una gran serie, pero que a la vez sea fácilmente adaptable a los cambios en las características del producto y en los programas de fabricación. Para ello se proyectan e instalan grandes equipos especialmente diseñados para un cliente o una aplicación particular. Varias máquinas cnc y estaciones de inspección
automática unidas por un sistema automatizado de manutención y transporte coordinado todo por un sistema informático dedicado, constituyen las líneas de fabricación flexible.
Estas instalaciones, de un costo muy elevado, superior a las máquinas transfer,
requieren además de una potente infraestructura de soporte y unos conoci- mientos y experiencia en los campos de control numérico, automatización o informática industrial que sólo están al alcance de las grandes empresas. En un sistema de fabricación flexible pueden considerarse tres niveles de apli- cación:
La célula flexible. La línea o grupo flexible. El taller flexible.
La célula flexible está formada por unas pocas máquinas (en ocasiones sólo una) dotadas de un control numérico con dispositivos de cambio de herra- mientas y piezas, con almacenes tapón para garantizar su autonomía durante varias horas, y un plc que coordina los elementos de mecanizado, manutención
y transportes entre las máquinas. Son capaces de mecanizar totalmente o casi totalmente una cierta categoría de piezas, incluyendo fases de control de cali- dad. Todas las máquinas trabajan con piezas de la misma referencia.
En las líneas flexibles varias máquinas de control numérico o células flexibles se relacionan entre sí mediante un sistema de transporte de piezas e identifi- cación de las mismas. En general disponen en línea de almacenes de piezas y herramientas automatizadas. Permiten la entrada al azar de gran diversidad de piezas y el software de control de línea las asigna a la máquina más adecuada. El plc que controla la línea realiza también funciones de planificación y pro-
gramación de la producción. 1.
2. 3.
Sistemas modernos de manofactura 163 El taller flexible tiene todas las funciones de fabricación incorporadas e inte- gradas dentro de la filosofía de fabricación flexible. Los sistemas de recepción, inspección, almacenaje, transporte, mecanización, verificación, montaje y dis- tribución, centralizadas o distribuidas según proceda, están totalmente auto- matizados y coordinados por un servidor central a través de los plc satélites de
cada función o taller. Así como las células, las líneas flexibles están dimensio- nadas, en general, para tratar a una familia más o menos amplia de piezas, un taller flexible puede producir todo tipo de pieza que se precise.
La sofisticación del sistema, especialmente en lo referente al software necesa- rio, en programas de cómputo, en racionalización y estandarización de produc- to y medios de fabricación en sistemas de control y de gestión, hace que hoy por hoy el taller flexible esté sólo al alcance de empresas líderes en renovación tecnológica.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS SISTEMAS DE FABRICACIÓN FLEXIBLE
En flexibilidad:
Posibilidad de mecanizar varias piezas de distinta forma, dimensiones y material.
Entrada de piezas al azar.
Almacenamiento de muchos programas de trabajo.
Flexibilidad del software de control y gestión para introducir cambios y nuevos módulos.
En automatización:
Del proceso de mecanizado. Del cambio de herramientas. Del cambio de piezas.
Del transporte entre máquinas. • • • • • • • •
De la limpieza de las piezas. De la evacuación de virutas.
De la comprobación de cotas y corrección del desgaste de la herra- mienta.
De la identificación de piezas y procesos correspondientes.
En productividad:
Funcionamiento sin operarios al menos durante un turno de trabajo. Rapidez en los cambios de herramienta y pieza.
Tiempos de comprobación cortos.
Optimización de las condiciones del mecanizado. En calidad del producto:
Inspección de piezas incluida en las fases de mecanizado. Autocorrección de desviaciones.
Estabilidad térmica. Rigidez de las máquinas.
Precisión de las guías, actuadores y sensores.
Control de desgaste de herramientas y utillajes de fijación. En fiabilidad del proceso:
Control del desgaste de útiles y herramientas. Control de las condiciones de corte.
Control de desviaciones y corrección automática. Mantenimiento preventivo.
Estas especificaciones determinan un equipo con las siguientes características generales:
Capacidad de modificar rápidamente los programas de fabricación, tanto en cantidad como en tipo de piezas.
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Sistemas modernos de manofactura 165 Capacidad de absorber los cambios de diseño y especificación de las piezas. Capacidad de trabajo desatendido en largos periodos de tiempo. Mano de obra-cero.
Capacidad de garantizar calidad de cien por ciento. Calidad: defectos- cero.
Capacidad de trabajo sin almacenamientos intermedios. Política de al- macenamiento-cero.
Posibilidad de utilización de equipos al 100%. Paro-cero. Mantenimiento preventivo. Averías-cero.
Capacidad de entrega inmediata de los pedidos. Plazo-cero.
EL ENTORNO EMPRESARIAL DE UNA FáBRICA FLEXIBLE La fabricación flexible es una nueva filosofía de producción cuyo impacto afecta a todas las funciones de la empresa.
Posibilita una nueva política y estrategia empresarial que precisa de profundos cambios y ajustes en todos sus ámbitos: cambios de mentalidad, de organi- zación, de procedimientos, de necesidades de mano de obra tanto cualitativa como cuantitativamente.
En la estrategia de mercadotecnia la posibilidad de una respuesta rápida de producción le permite:
Truncar el ciclo de vida del producto. Reforzar la innovación.
Aumentar la sofisticación del producto.
Ampliar la gama en distintos segmentos del mercado. Atender las peticiones de "personalización".
Fragmentar el mercado.
La ingeniería de los productos experimenta un importante cambio. Se integra es- trechamente con la ingeniería de fabricación o de proceso para asegurar un diseño
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adaptado al máximo a los medios de producción disponibles. El llamado "diseño para fabricalidad" en donde la facilidad de mecanizado, sencillez de montaje, estan- darización y reducción del numero de piezas son parámetros básicos del mismo. Por otro lado, la introducción de cambios de diseño se facilita tanto por reducción de costos de utillajes como por la rapidez de su incorporación al producto. Este puede estar sometido a un proceso de actualización continua para me- jora de prestaciones, calidad, disminución de costos, incorporación de nuevos materiales y tecnologías. En definitiva, el proyectista puede mantener al día su producto sin los condicionamientos de costo y plazo que implican los sistemas de fabricación convencionales.
La estrategia de producción es radicalmente distinta. La nueva tecnología faci- lita la fabricación bajo pedido en vez de la clásica producción por programa de previsión de ventas o contra el almacén de productos terminados.
Los métodos de gestión de justo a tiempo, encuentran en la fabricación flexi- ble el complemento adecuado para su implantación con éxito.
La ingeniería del proceso sufre una profunda transformación en sus métodos de trabajo. Además de los técnicos de proceso, deben integrarse al equipo técnicos en automatización y en informática, así como especialistas en mantenimiento de electrónicos, circuitos neumáticos e hidráulicos y sistemas informativos. El diseño del proceso, de herramientas y utillajes, de sistemas de paletización y transporte de programas de monitorización y control, ofrece una panorámica de trabajo muy diferente a la ingeniería del proceso tradicional en estrecha y constante colaboración con diseño y fabricación.
En finanzas los sistemas de costos pasan de tener un componente variable muy alto a ser prácticamente fijos y, por lo tanto, muy sensibles al volumen de producción. Los procedimientos de análisis de inversiones y de su amor- tización experimentan también un importante cambio.
Sistemas modernos de manofactura 16 La producción pasa de una "mano de obra intensiva" a un "capital intensivo". Los resultados de la gestión del mismo repercuten sensiblemente en la cuenta de resultados.
En relaciones industriales la incorporación de la fabricación flexible puede ocasionar problemas laborales importantes si no ha sido asumida plenamente por el personal.
La drástica reducción de los puestos de trabajo de mano de obra directa junto con las necesidades de formación, reconversión, modificación de estructuras y funciones, contratación en muchos casos de personal experto del exterior en condiciones más favorables que las usuales, son fuentes potenciales de conflic- tos que sólo una adecuada política de información, formación y adecuación del personal, previa a la instalación del sistema, puede desactivar.
IMPACTO DE FABRICACIÓN FLEXIBLE EN LA EMPRESA La fábrica flexible y la mano de obra
Si bien el objetivo principal de la fabricación flexible no es la reducción de la mano de obra también es cierto que la automatización que incorpora lleva implícito el concepto de fabricación desatendida y, por tanto, un fuerte impac- to sobre la mano de obra que realiza operaciones simples y monótonas. Este impacto lo podemos analizar desde diferentes puntos de vista:
Evolución del nivel de empleo. Calificación del personal.
Condiciones de los puestos de trabajo. Motivación del personal.
Evolución del nivel de empleo
Las funciones a desarrollar por el hombre en una fabricación flexible son: •
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Dirección del taller con responsabilidad sobre cantidad y calidad, así como plazo de entrega y costo de la producción, sobre el equipo hu- mano adscrito.
Mantenimiento de máquinas e instalaciones en todos sus aspectos: me- cánico, hidráulico, electrónico e informático.
Reposición de herramientas y utillajes. Control de recuperación y afilado de las usadas y acopio de las nuevas. Control del flujo de herramientas. Fijación de las piezas en las paletas de mecanizado.
Carga y descarga de materiales en recepción, almacenes o pie de línea. Supervisión del funcionamiento de la instalación y resolución de los