Experiencia piloto en la implementación del software de administración de herramientas ADMEC en la industria local

Texto completo

(1)EXPERIENCIA PILOTO EN LA IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE DE ADMINISTRACIÓN DE HERRAMIENTAS ADMEC EN LA INDUSTRIA LOCAL.. IVÁN CAMILO CÁBULO PÉREZ. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ, D.C. DICIEMBRE DE 2008.

(2) EXPERIENCIA PILOTO EN LA IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE DE ADMINISTRACIÓN DE HERRAMIENTAS ADMEC EN LA INDUSTRIA LOCAL.. IVÁN CAMILO CÁBULO PÉREZ. Director FABIO ARTURO ROJAS MORA. Documento para optar por el título de ingeniero mecánico. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ, D.C. DICIEMBRE DE 2008. 2.

(3) TABLA DE CONTENIDO LISTA DE GRÁFICOS. 6. LISTA DE TABLAS. 7. 1.. INTRODUCCIÓN. 8. 2.. OBJETIVOS. 12. 2.1.. OBJETIVO GENERAL. 12. 2.2.. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. 12. 3.. JUSTIFICACIÓN. 13. 4.. ESTRUCTURA DEL PROYECTO. 15. 5.. MARCO TEÓRICO. 16. 5.1.. ADMINISTRACIÓN DE HERRAMIENTAS. 16. 5.2.. NÚMEROS ADIMENSIONALES PARA MECANIZADO. 19. 5.2.1. 5.2.2. 5.2.3.. 5.3.. OPERACIONES DE TORNEADO OPERACIONES DE FRESADO OPERACIONES DE TALADRADO. 20 22 24. TOMA DE DATOS PARA NÚMEROS ADIMENSIONALES DE TORNEADO. 5.3.1. 5.3.2. 5.3.3. 5.3.4.. ELEMENTOS NECESARIOS ELEMENTOS SUGERIDOS/UTILIZADOS PASOS A SEGUIR PROCESAMIENTO DE DATOS. 25 25 25 26 26. 6.. ENCUESTA DEL SECTOR METAL-MECÁNICO. 28. 6.1.. SELECCIÓN DE MONTAJE Y PRODUCCIÓN.. 28. 6.2. CLASIFICACIÓN, CODIFICACIÓN Y ESTANDARIZACIÓN DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS DE CORTE.. 30. 6.3.. DOCUMENTACIÓN Y BASES DE DATOS.. 31. 6.4.. CONTROL LOGÍSTICO.. 31. 6.5.. HERRAMIENTAS DE CORTE E INDICADORES.. 32. 6.6.. PROCESOS.. 33. 6.7.. ADMINISTRACIÓN DE HERRAMIENTAS DE CORTE: DEFINICIÓN.. 36. 7.. ANÁLISIS DE RESULTADOS. 37. 7.1.. CONSOLIDACIÓN DE CONOCIMIENTO EXPERIMENTAL. 37. 7.2.. METODOLOGÍA DE COMPARACIÓN DE SELECCIÓN. 39. 7.3.. DISEÑO DE PROCESO. 42. 7.4.. SISTEMATIZACIÓN DE NÚMEROS ADIMENSIONALES. 44. 3.

(4) 7.5.. BASES DE DATOS. 7.5.1. 7.5.2.. 45. FORMA DE UTILIZACIÓN DE LA BASE DE DATOS RELACIONAL DISERTACIÓN SOBRE EL DIRECCIONAMIENTO DE ADMEC. 47 48. 7.6.. RESUMEN DE RESULTADOS. 50. 8.. CONCLUSIONES. 52. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS. 54. ANEXOS. 57. ANEXO A: FORMATO PARA TOMA DE DATOS DE TORNEADO. 57. 4.

(5) AGRADECIMIENTOS Mis padres María R. y José A. muchas gracias. Fueron excelentes consejeros e inigualables amigos durante toda mi carrera, a ellos una mención especial por su gran apoyo. Fabio Rojas es una persona muy inteligente y metodológica. Como asesor fue de mucha ayuda. Finalmente entendí el valor de sus sugerencias y correcciones. Carolina Pérez, Merardo Ortiz, Néstor F. Castro y Andrés Castro les agradezco haber prestado sus empresas para implementar este proyecto.. 5.

(6) LISTA DE GRÁFICOS GRÁFICA 1. DETALLE LA METODOLOGÍA DE MEDICIÓN DEL DESGATE DE FLANCO DE LA HERRAMIENTA. ...... 27 GRÁFICA 2. EJEMPLO DE MEDICIÓN DEL DESGATE DE FLANCO DE LA HERRAMIENTA. ............................... 27 GRÁFICA 3. SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DEL SMM. ............................................................................ 28 GRÁFICA 4. PORCENTAJE DE CONTROL, EN LAS EMPRESAS DEL SMM, DE ALGUNOS PARÁMETROS LOGÍSTICOS DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE. ......................................................................... 32 GRÁFICA 5. PORCENTAJE DE USO PROMEDIO DE HERRAMIENTAS DE CORTE EN EL SECTOR METALMECÁNICO (SMM), PARA LAS EMPRESAS ENCUESTADAS. ........................................................................... 34 GRÁFICA 6. DESVIACIÓN ESTÁNDAR DE LOS DATOS RECOLECTADOS ACERCA EL PORCENTAJE DE USO DE CADA HERRAMIENTA EN LA OPERACIÓN DE MECANIZADO DE LAS EMPRESAS. ................................. 35 GRÁFICA 7. ALGUNOS CRITERIOS DE SELECCIÓN DE HERRAMIENTAS DE CORTE PARA OPERACIONES DE MECANIZADO, PORCENTAJE DE IMPORTANCIA QUE LAS EMPRESAS LE ASIGNAN A CADA CRITERIO..... 35 GRÁFICA 8. NÚMEROS ADIMENSIONALES DE PROCESO PARA OPERARIO 2.............................................. 38 GRÁFICA 9. COMPARACIÓN DE OPERARIOS MEDIANTE NÚMEROS ADIMENSIONALES. ............................... 40 GRÁFICA 10. AVANCE Y VELOCIDAD DE CORTE PARA OPERARIOS OP1 Y OP2....................................... 42 GRÁFICA 11. INTERFAZ DE ADMEC PARA PROCESAMIENTO DE NÚMEROS ADIMENSIONALES. .................. 45 GRÁFICA 12. ADMEC ANTES Y DESPUÉS.......................................................................................... 46 GRÁFICA 13. ESQUEMA DE RELACIONES DE TABLAS DE BASES DE DATOS. ............................................. 47 GRÁFICA 14. FORMULARIO PARA LA ASIGNACIÓN DE COTIZACIONES A UNA ORDEN DE PRODUCCIÓN. ........ 49. 6.

(7) LISTA DE TABLAS TABLA 1. DATOS DE PROCESO DE OPERARIO 2. ................................................................................. 39 TABLA 2. DATOS DE PROCESO DE OPERARIO 1. ................................................................................. 41 TABLA 3. COMPARACIÓN DE TIEMPO DE MECANIZADO PARA DOS OPERADORES. ..................................... 43. 7.

(8) 1. INTRODUCCIÓN Algunos trabajos de grado de estudiantes de ingeniería de la Universidad de los Andes han dado las bases para el tema propuesto. Entre ellos se encuentran: Carlos Rivera [1], Claus Mayer [2] y Darío Ibarra [3]. Estos trabajos se han realizado desde el año 2003 hasta 2006 y tienen en común la implementación, en el ámbito nacional, de la filosofía de la administración de herramientas. Esta filosofía toma fuerza finalizando el siglo pasado[3] (durante la década de los 80 se comenzó con el manejo a través de cartas y mapas empíricos y luego, en la década de los 90, con el auge informático la información comienza a ser manejada digitalmente; esto permite el desarrollo considerable de las que ahora son conocidas como grandes empresas). En ella, se considera de gran importancia poseer la información de los procesos ya que con esto se logra responder a los problemas de organización y selección, montaje y fabricación de las diferentes piezas de producción. El objetivo final de la administración de herramientas es la reducción de costos esto se logra con el manejo de la información con la cual, desde luego, se puede hacer inferencia de optimización a niveles técnicos, de proceso, producción y de regulación. En el caso colombiano las industrias emergentes del sector de manufactura de metales (metalmecánicas) presentan falencias en el campo de mejoramiento y optimización de sus procesos. Esto se debe a que no cuentan con una herramienta que les permita llevar de forma metódica y ordenada el registro de la información de sus variables de proceso. Además, de una desafortunada indiferencia general a la incursión de alternativas tecnologías que permita atacar de forma eficiente esta necesidad. Durante los últimos años, algunos intentos de mejoramiento se han hecho evidentes mediante el manejo de cartas y manuales de selección, además de la experiencia empírica de las empresas [3]. Sin embargo, es evidente el retraso y limitaciones relativas, de esta pequeña y mediana industria, respecto a empresas certificadas. En este escenario, se plantea una experiencia piloto en la implementación del software de administración de herramientas ADMEC en la industria local, con el fin de acoplar la academia, las herramientas tecnológicas y el mejoramiento continuo de las industrias metalmecánicas colombinas en pro de un proceso de certificación.. 8.

(9) ADMEC es un software, en versión de prueba, creado como respuesta a la necesidad de acoplar a la pequeña y mediana empresa local dentro de la filosofía de administración de herramientas por medio de bases de datos electrónicas. Este software es el resultado del acercamiento entre la industria y la academia en trabajos anteriores y funciona en Internet con un nivel operacional de baja complejidad. El software ADMEC está diseñado para ayudar a empresas medianas y pequeñas a incursionar en el registro y la documentación sistemática de sus procesos con fines de acreditación ISO 9000. Este paquete computacional corre como una aplicación distribuida en Internet y se ha probado en algunas empresas con resultados promisorios durante los proyectos de grado que lo han construido [1][2][3]. Esta experiencia, muestra un precedente y una motivación adicional para mejorar la herramienta con la que finalmente se espera incrementar la competitividad y calidad de estos sectores económicos. A nivel latinoamericano, Brasil se destaca por iniciar trabajos importantes y rigurosos desde 1993. En universidades como Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) [5] y algunas publicaciones [4] han sido el punto de partida para los trabajos anteriormente mencionados. Se han desarrollado herramientas computacionales de administración como GEFER o AutoTAS los cuales se han probado en la industria brasileña [1][7]. Estos programas para computador permiten el ordenamiento lógico de las herramientas, clasificación sistemática y detallada de cada herramienta; también, generar órdenes de compra, identificación de elementos faltantes y determinación de zonas de mayor uso de la herramienta con un respectivo seguimiento de la misma. En el trabajo de doctorado de Jaimes [5] se resaltan ventajas importantes en la producción tras la implementación de la administración de herramientas (véase referencia [3]): • Conocer el inventario actual. • Mejorar la organización y distribución de las herramientas. • Permite publicar información técnica de las herramientas sin restricciones de tipo laboral. • Permite reconocimiento y actualización del estado de la herramienta: existencia, vida útil, movimiento, localización y necesidades de compra. • Sincroniza el inventario en los niveles de requerimiento y logra seguir las órdenes de compra. • Mejora los tiempos de montaje y preparación de máquinas. 9.

(10) • Distribuye la información del proceso de forma general, de esta manera se independiza el requerimiento del operario más experimentado. • Mejora la producción: reduce tiempos, permite inferir sobre la vida útil, apoya la planeación de la producción, mejora la calidad de los productos. Con respecto a la experiencia de los trabajos anteriores en la Universidad de los Andes [1][2][3], se han realizado experimentos con empresas (Colombiana de frenos S.A., COFRE, Indupar, Dimequim Ltada., Concimed Ltda., Famecon y Mikra CNC); además, en el laboratorio de ingeniería mecánica [1][2]. Los resultados arrojados son prometedores y motivan la implementación piloto futura y con la finalidad de ser una herramienta útil en la búsqueda de certificación de aseguramiento de calidad, tipo ISO, en la pequeña y mediana industria. Esta herramienta podría ser finalmente comercializada. Resumiendo las conclusiones y resultados de estos trabajos, se muestra: • Según las encuestas realizadas las empresas del sector metalmecánico se interesan por estos proyectos debido a las funciones de: control de inventarios 35%, asesor de montaje 25% y las demás funciones 40%. • Las maquinarias de mayor uso son tornos, fresas y taladros para el maquinado de materiales tales como: hierro acero y aluminio (los más usados) con herramientas de tipo: buril, pastillas, fresas, brocas, brochas, escariadores y rimas. • Se alcanzan mejoras en el tiempo de localización de ítems de 60% en promedio. • Siendo una aplicación en Internet, el cual tendría un costo de suscripción mensual. El análisis económico del software tendría un rendimiento económico o ganancia neta antes de impuestos de $1’773.472 pesos mensuales (con un porcentaje de éxito de 20% y dos visitas diarias de la página). • Se logra observar el porcentaje de fallas, tipos de materiales involucrados, procedimientos utilizados y personas involucradas. Esto permite analizar lo ocurrido y presentar soluciones prácticas en muchos casos [2]. • Es posible adaptar modelos teóricos a los datos reales para analizar la vida útil de las herramientas. Además de ajustar valores de velocidad, longitud y fuerza de maquinado en el proceso.. 10.

(11) • Dada la repetitividad y forma sistemática de seguir los procedimientos, al implementar la administración de herramientas, es posible predecir el costo del proceso de mecanizado evitando criterios empíricos. Los paquetes computacionales que permiten administrar las herramientas de la pequeña y mediana industria se pueden implementar con facilidad, sin necesidad de grandes inversiones, y permiten optimizar los procesos de inventarios, ubicación de herramientas, problemas y fallas frecuentes, indicadores de desempeño y de las herramientas, etc., y como consecuencia un beneficio económico para la empresa [1][2][3]. El mejoramiento tecnológico que involucra la implementación de este tipo de paquetes computacionales le permite a las empresas de mediana y pequeñas industrias entrar en un proceso de mejoramiento continuo, lo cual es un requisito indispensable en la búsqueda de una certificación de calidad tipo ISO-9000. Finalmente, se desea resaltar que pocos autores tratan este tema de forma sistemática; Boggert [16], Turino [17], Goldini [18] y Favaretto [15] por ejemplo. Esta escasez de información se debe en parte a que el interés por el tema es reciente y creció a partir de los años 80. En parte también, a que el beneficio obtenido por las empresas que han implementado la administración de herramientas se han vuelto más competitivas a raíz de ello y por lo tanto no publican esta información [12]. En la mayoría de los casos las publicaciones son de procedencia europea y norteamericana e históricamente nacen como una reacción de competencia ante la organización y productividad de la creciente empresa japonesa durante las dos anteriores décadas.. 11.

(12) 2. OBJETIVOS 2.1.. OBJETIVO GENERAL .. Seleccionar un grupo de empresas del sector metalmecánico local, introducir el paquete computacional ADMEC en su entorno de administración y piso de fábrica y lograr probar su utilidad en las empresas con relación a la optimización en el diseño de procesos, desempeño de herramientas y, por supuesto, su impacto en la rentabilidad del proceso productivo.. 2.2.. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Hacer seguimiento del software y dictaminar si el paquete computacional es efectivo en su uso; a través de, análisis de beneficios tanto desde el punto de vista tecnológico como económico. Con base a los trabajos previos [8][9][10] lograr sistematizar variables que ayuden a responder las siguientes preguntas: ¿cómo seleccionar entre dos herramientas de corte?, ¿cómo seleccionar condiciones de corte apropiadas para una herramienta?, ¿cuáles son las operaciones de más bajo costo en el área productiva? y ¿cuánto cuesta comprar y usar un milímetro de herramienta desgastada? Realizar las correcciones necesarias en el paquete como resultado de experimentos piloto.. 12.

(13) 3. JUSTIFICACIÓN Tal como se evidencia en el texto de introducción de este documento, existe una fuerte evidencia de los beneficios asociados a la administración de herramientas de corte. Además, son de igual forma graves los problemas, tanto a nivel competitivo como productivo, asociados con no prestar atención a las herramientas en las empresas metalmecánicas. Se estima que el costo directo de la herramienta corresponde del 3 a 5% del costo de producción de la pieza [12]. Este porcentaje se ve incrementado si se tienen en cuenta los costos indirectos, por ejemplo de parada de máquina por falta de herramienta o por herramienta no adecuada, herramientas desgastadas o parámetros de proceso fuera del punto óptimo. Los costos reales de la herramienta pueden llegar al 30% del costo de producción de la pieza [13]. Es importante resaltar, según Plute [14], que el porcentaje de costos de manufactura asociado a la herramienta de corte es inversamente proporcional a la escala de producción de la empresa. Por ejemplo, un estudio realizado en 1987 en estados unidos; investigación sobre el sector productivo metalmecánico (Metal working production survey), muestra que el porcentaje se distribuye así: producción de larga escala 2 a 4%, tamaño mediano de 6 a 8% y para empresas de producción de pequeña escala de 8 a 12% del costo de manufactura asociado al costo de la herramienta [12]. Bajo la investigación de Zonta [12], se evidencia que el entendimiento y aplicación de las empresas con respecto a la administración de herramientas esta particularizado en el nivel logístico (disponibilidad de las herramientas en la cantidad, lugar y momento adecuado). Pero, otros niveles, como el estratégico y el técnico están en un plano secundario. Se convierte entonces la filosofía de la administración de herramientas en una técnica subutilizada con una respectiva pérdida de competitividad de la misma empresa. Entonces, ¿qué es la administración de herramientas? Es una filosofía que aborda la administración de información para toma de decisiones, proveyendo herramientas en cantidades necesarias, en el lugar deseado, en el momento adecuado y con una calidad específica, Boehs [11]. También, se entiende como una estrategia que propende por la solución de los problemas relacionados con las diferentes actividades relacionadas al uso de las herramientas de corte: adquisición, almacenamiento,. 13.

(14) desarrollo de base de datos de herramientas, selección y locación, inspección, preparación o pre-alistamiento, cambio, monitoreo y control: en busca del aumento en productividad y eficiencia de la herramienta [15]. Teniendo en cuenta los argumentos presentados, este proyecto se justifica porque: las empresas en las cuales tiene mayor impacto el uso de esta filosofía se agrupa en la pequeña y mediana empresa. Todo el uso de la administración de herramientas involucra el nivel administrativo, el piso de fábrica, planeación de procesos, bodega y sector logístico empresarial. El proyecto también permite aplicar el conocimiento específico del área de manufactura de ingeniería mecánica, a través de la recolección de datos en los diferentes niveles de las empresas metalmecánicas, y su respectiva operación mediante modelos teóricos de números adimensionales. Finalmente, el manejo adecuado de esta información le permitirá a cada nivel de la empresa mejorar su proceso productivo y la rentabilidad final del producto; debido al buen manejo de la herramienta de corte.. 14.

(15) 4. ESTRUCTURA DEL PROYECTO Este trabajo se organiza en ocho capítulos. El primer capítulo (capítulo 1), capítulo dos (capítulo 2) y capítulo tres (capítulo 3) presentan la introducción al proyecto y expone el objetivo y justificación del mismo. El capítulo cinco (capítulo 5) muestra los preliminares teóricos de las herramientas utilizadas, filosofía de administración de herramientas, números adimensionales de mecanizado y metodología utilizada para la medición del desgaste de flanco de la herramienta. El capítulo seis (capítulo 6) analiza la situación de las empresas seleccionadas mediante el análisis de las encuesta realizadas, esto se resulta ser el punto de partida del trabajo al definir las necesidades del sector. El capítulo siete (capítulo 7) se enfoca en la exposición de los resultados obtenidos mediante la implementación de números adimensionales, bases de datos e interrelación de estos dos aspectos. Finalmente, el capítulo ocho (capítulo 8) presenta las conclusiones del proyecto.. 15.

(16) 5. MARCO TEÓRICO En esta parte se hace una descripción extensiva de la administración de herramientas de corte. Se presenta la definición, objetivos, áreas de aplicación, desarrollos tecnológicos, problemas de implementación y ejemplos de resultados en algunas empresas metalmecánicas. También, se hace un resumen explicativo del manejo de números adimensionales desarrollados en trabajos anteriores por el grupo de investigación LATEMM. Estos números harán parte de la capa de administración y planeación del software ADMEC. Con ellos se busca implementar una herramienta para cumplir con el objetivo general de este proyecto.. 5.1.. ADMINISTRACIÓN DE HERRAMIENTAS. Las actividades de administración per se involucran la recolección, procesamiento y retroalimentación de la información. Esta información se busca a través de diferentes fuentes y finalmente sirve para hacer inferencias sobre las acciones a seguir [12]. En este orden de ideas las empresas metalmecánicas tienen espacio para esta definición; información técnica de las herramientas, costos y cantidades de herramientas, indicadores de desempeño, procesos en los que se utilizan las herramientas y de hecho, las variables de proceso como desgastes, velocidades o avances de corte, son todas informaciones que en conjunto sirven para tomar acciones de mejoramiento si son procesadas adecuadamente. La primera definición clásica de administración corresponde a Henry Fayol (1942). “administrar es prever y planear, organizar, dirigir, coordinar y controlar”. La administración de herramientas es una filosofía que aborda la administración de información para toma de decisiones, proveyendo herramientas en cantidades necesarias, en el lugar deseado, en el momento adecuado y con una calidad específica, Boehs [11]. También, se entiende, como un abordaje organizado que busca garantizar que las herramientas disponibles logren los objetivos de producción, contribuyendo a un aumento de la producción y la eficiencia, Masine (1998, apud Zonta 2007).. 16.

(17) A partir de las encuestas realizadas al sector metalmecánico colombiano, se concluye una definición por consenso que concuerda con las definiciones presentadas: una forma de selección y organización de las herramientas de corte que busca optimizar los procesos, mejorar la rentabilidad, ayudar en la planeación de secuencias de proceso, controlar inventarios y finalmente disminuir costos y aumentar beneficios de producción. En el trabajo desarrollado por Favaretto en el año 2005 [15] se definen algunos de los objetivos específicos de la administración de herramientas de corte: • • • • • • • • • • •. Reducir las existencias (stock) de herramientas obsoletas. Estandarizar las herramientas utilizadas. Eliminar la falta de herramientas. Aumentar la productividad Reducir el costo de inversión en herramientas Controlar la localización y flujo de herramientas en el piso de fábrica. Reducir el tiempo de preparación de las máquinas. Reducir fallas (fracturas o roturas) de herramientas. Garantizar la disponibilidad de información precisa y actualizada. Fortalecer las relaciones con los proveedores. Garantizar la calidad de los servicios de reconocimiento y preparación de herramientas. • Garantizar la calidad de las piezas producidas. • Garantizar la utilización de tecnología. • Garantizar el uso ecológico correcto de las herramientas de corte. Contrario a lo que se podría pensar, la administración de herramientas es una filosofía de acción interdepartamental, más aun, el éxito de una buena administración se obtiene bajo una base necesariamente interdepartamental. Esto es, debe envolver tanto el departamento de producción, proyectos, planeación, compras como el de almacén. Bajo este marco de cooperación, la información fluye eficientemente y los objetivos de la administración de herramientas de corte se pueden cumplir. Las discusiones y desarrollos en el manejo de la información (obtención, procesamiento y retroalimentación) comenzaron a ser tratados a partir de la década de los 80 [1][2][3][12]. Administrar de forma eficiente los datos ha sido un problema resuelto con la utilización de sistemas administradores de bases de 17.

(18) datos digitales y la introducción masiva de avances informáticos. El desarrollo de programas computacionales ha sido un factor común en el área de administración de herramientas de corte. Según Harper (2003, apud Zonta 2007) pueden clasificarse en tres grupos: • Software de pre-alistamineto o montaje (presetting) y manejo de existencias en almacén. • Software que permite la administración de stocks, planeación y acompañamiento de montaje. • Programas integrados con sistemas de manufactura flexibles (FMS, Flexible Manufacturing System). Estos programas computacionales tienen algunas funciones comunes, por ejemplo [12]: control de existencias en almacén, monitor de utilización, control de flujo, informes de producción, simulación de montaje, tutor de preparación de producto, estadística e histórico y condiciones de corte. Al igual que la administración de herramientas de corte existen otras metodologías que pueden ser utilizadas para mejorar la planeación y producción en las empresas; reducción de los desperdicios y maximización de los recursos disponibles [12]. Por ejemplo: Kaizen, Just in time, Kanban, seis sigma, Lean Manufacturing. En este punto se hace importante resaltar que el éxito al implementar esta filosofía parte de un estudio, serio y riguroso del estado actual de la empresa, el cual permite conocer las fuentes de problemas susceptibles a mejoras. Castro [13] y Favaretto [15] mencionan que: los resultados obtenidos no se logran de forma milagrosa, que la implementación requiere comprometimiento, seriedad y mucho trabajo. Además, que el mayor obstáculo en la implementación dentro de una empresa es el desconocimiento. Castro [13] (2005) documenta dos ejemplos en empresas brasileñas: • Fabricante de discos de freno: en esto caso, el tiempo de producción de discos de freno se redujo de 0.83 a 0.39 segundos. La reducción de costos por pieza fue de hasta el 90%. Siendo así el mejor tiempo y costo de producción en el mercado mundial. En el primer año el índice de productividad del 27%.. 18.

(19) • Fabricante de camiones y buses: en este caso se hace referencia a un modelo de asociación de la empresa con su proveedor de herramientas bajo un modelo de subcontratación (outsourcing), permitiendo a cada parte desarrollarse en el campo de acción en el cual tienen mayor experiencia. Se logró una reducción del 12% en la inversión anual de inventarios, reducción en la cantidad de proveedores y número de reportes fiscales. Zonta [12] (2007), muestra ejemplos en empresas a nivel mundial luego de la implementación de sistemas administradores de herramientas: • Sikorsky Aircraft Corp (Stratford EUA): reducción del 56% del en stock de inventarios. • Planta de Boeing (Long Beach): reducción del tiempo de aprobación de compras de entre 8 y 9 días a menos de una hora. • Crossworth Racing (Europa): reducción en el tiempo de planeación de herramientas en 35%. • Bosch Rexroth (Alemania): antes, el tiempo programado de alistamiento de herramienta se excedía de 10-15%. Luego, se logro igualar el tiempo programado y ejecutado. El su proyecto de grado, Ibarra [3] (2006), indica que se obtuvieron mejoras del 35% en el control de inventarios, 25% en asesoría de montajes y 40% en las funciones restantes del software, luego de la implementación en la industria metalmecánica local. También, que el tiempo de localización de herramientas para el montaje se redujo al 60% del tiempo anterior.. 5.2.. NÚMEROS ADIMENSIONALES PARA MECANIZADO. Es una herramienta que permite estudiar un fenómeno físico, organizando las variables que intervienen en el proceso en grupos dimensionales. La combinación adecuada de unidades básicas (i.e. masa [M], tiempo [T], longitud [L]) genera un conjunto de de parámetros dimensionales que no son únicos. Es único el número mínimo de parámetros dimensionales necesarios para estudiar el sistema [20]. Este procedimiento permite reducir el número de parámetros de entrada del sistema a un conjunto equivalente dimensionalmente pero de menor cantidad. Se consigue con esto analizar con mayor facilidad el sistema y lo que es más. 19.

(20) importante, disminuye considerablemente la cantidad de experimentos a realizar para conocer el comportamiento del sistema [19]. Los grupos adimensionales son aquellos cuya dimensión es uno (1) [8]. Por ejemplo, al realizar el producto de las dimensiones de los parámetros físicos las unidades básicas se cancelan y su dimensión total es la unidad, este es el caso del número de Reynolds (Re) o de Froude (Fr). Mediante el teorema π de Buckingham se relacionan los grupos adimensionales y las variables físicas que describen el fenómeno. Este teorema permite determinar el número de grupos adimensionales (π= n – m). Donde n es el número de variables dimensionales y m el número de unidades básicas o fundamentales [8]. Para una descripción detalla de la metodología de cálculo revise las referencias [8] y [20]. Estudios de números adimensionales aplicados a las operaciones de mecanizado más comunes han sido realizados por C. Pérez [21], L. González [22], H. Ballestas [8] y J. Grueso [10]. Luego de varios ensayos con las diferentes combinaciones de variables de proceso es posible graficar cada punto correspondiente a un ensayo de mecanizado. Los puntos se agrupan en regiones de la gráfica y con ellos se pueden hacer criterios de selección bajo condiciones lógicas de optimización. Además, luego de realizados varios ensayos se puede definir un centroide y marco espacial de agrupación de datos, con determinada confiabilidad, mediante un análisis estadístico. 5.2.1. OPERACIONES DE TORNEADO. Mediante el uso del teorema π de Buckingham, se desarrollaron números adimensionales π1 y π2 para el proceso de torneado [8][21].. 8π 3 N t d ct Dwt Tt H t π1 = ft2 Hw π1 =. V Bt L ft. 20.

(21) Donde: L ft : Longitud mecanizada en la dirección de avance en torneado [L] VBt : Desgaste de flanco máximo incremental en torneado [L] N t : Frecuencia angular de la pieza trabajada [T-1] Dwt : Diámetro de la pieza de trabajo [L] d ct : Profundidad de corte en torneado [L] Tt : Tiempo parcial/operación de mecanizado en torneado [T] H t : Dureza de la herramienta [ML-1T-2] H w : Dureza de la pieza de trabajo [ML-1T-2] f t : Avance en torneado [L]. El número π1 mide la productividad de la herramienta o tasa de remoción de material y el número π2 es una medida del desgaste de la herramienta (véase referencia [8] para mayores detalles). Por lo tanto para una combinación de herramienta-material se prefieren valores altos de π1 y bajos de π2. Como se puede observar, estos números tienen un fuerte componente de proceso y pueden ser aplicados en planeación dentro de las empresas metalmecánicas. Sin embargo también se desean brindar herramientas a nivel administrativo. En el trabajo desarrollado por Grueso [10] se utilizan variables de proceso y costos para agrupar la información que permite obtener criterios técnico-económicos de las herramientas de corte para operaciones de torneado. π3 =. π4 =. C p + C i + C f + C om VMP f t Lt d ct Tt C MP. C p + C i + C f + C om L ft N F TTM VB. C H Tt. π5 =. Vv Vp. Donde: 21.

(22) C p : Costo de preparación de máquina [$] Ci : Costo de improductividad [$]. C f : Costo de fluido de corte [$] C om : Costo de Operación de la máquina [$] C MP : Costo de materia prima [$] C H : Costo comercial de la herramienta [$] VMP : Volumen de materia prima [L3] N F : Número de filos de la herramienta TTM : Tiempo total de mecanizado [T] Vv : Valor de venta del producto [$]. V p : Valor de la producción [$]. Costo de producir el elemento terminado: insumos, sueldos y salarios.. π3 muestra la relación entre los costos del volumen de material retirado con respecto a la materia prima necesaria para producir la pieza. π4 es la mide la relación del costo del degaste de la herramienta, hasta un punto particular, y el costo de filo de herramienta a partir de una longitud mecanizada. π5 resume cual es el rentabilidad económica de la producción; valor de venta de la pieza contra costo de producción. De esta forma se desean valores pequeños de π3 y π4 junto con valores grandes de π5 (ver referencia [10] para más detalles). 5.2.2. OPERACIONES DE FRESADO. En este escenario se debe diferenciar el tipo de fresado, frontal o periférico. El desarrollo de los números adimensionales han sido investigados por [8][22] utilizando el teorema π de Buckingham. Para fresado frontal: π1 =. V Bfm L ffm. 22.

(23) π2 =. π 2 D 2fm N 2fm T fm Z H t. d cfmV ffm Cos (i ) H w. Para fresado periférico: π1 =. π2 =. V Bpm L fpm. D 3pm N 3pmT pm Z 2 2d cpmV ffm cos(i ). d cpm. Ht Hw. D pm. Donde: V Bxm : Desgaste de flanco máximo incremental promedio para fresado [L], frontal (x=f) o periférico (x=p). L fxm : Longitud mecanizada en dirección de la velocidad de avance de la pieza en fresado [L], frontal (x=f) o periférico (x=p). D xm : Diámetro de la fresa [L], frontal (x=f) o periférico (x=p) N xm : Frecuencia angular en r.p.m. de la herramienta de fresado [T-1], frontal (x=f) o periférico (x=p). Txm : Tiempo parcial de mecanizado en fresado [T], frontal (x=f) o periférico (x=p). Z : Número de dientes de la fresa d cxm : Profundidad de corte de fresado [L], frontal (x=f) o periférico (x=p). V fxm : Velocidad de avance de la pieza en fresado [LT-1], frontal (x=f) o periférico (x=p) i : Ángulo de inclinación del filo de la herramienta H t : Dureza de la herramienta [ML-1T-2] H w : Dureza de la pieza de trabajo [ML-1T-2]. En cualquiera de los casos, para fresado frontal o periférico, se desean valores bajos de π1 y π2, lo que es equivalente a poco desgaste con altas tasas de remoción de material (ver referencia [10] para más detalles).. 23.

(24) 5.2.3. OPERACIONES DE TALADRADO. Mediante el uso del teorema π de Buckingham, se desarrollaron números adimensionales π1 y π2 para el proceso de taladrado, H. Ballestas [8]. π1 =. π2 =. V Bd L fd. 2Td2 N d2 Dd d cd H t ε  Hw 2 sin   l hd 2. Donde: VBd : Desgaste de flanco máximo incremental promedio en las guías de la broca helicoidal [L]. L fd : Longitud mecanizada por cada filo de la broca helicoidal en dirección de la velocidad de avance. Td : Tiempo parcial de mecanizado en taladrado N d : Frecuencia angular de la broca en r.p.m. D d : Diámetro de la broca d cd : Profundidad de corte en taladrado l hd : Longitud del orificio taladrado. ε : Ángulo de punta de la broca H t : Dureza de la herramienta [ML-1T-2] H w : Dureza de la pieza de trabajo [ML-1T-2]. Se desean valores bajos de π1 y π2 (similar al caso de fresado), lo que es equivalente a poco desgaste con altas tasas de remoción de material (ver referencia [10] para más detalles).. 24.

(25) 5.3.. TOMA DE DATOS PARA NÚMEROS ADIMENSIONALES DE. TORNEADO. 5.3.1. ELEMENTOS NECESARIOS • Microscopio para medición de desgaste • Formato de adquisición de datos Algunos datos se pueden tomar del proceso en tiempo real y otros mediante el plano de la pieza maquinada. Se prefiere esta metodología porque interrumpe en menor cantidad el trabajo del operador. Se necesitan los datos de: avance [mm/rev], profundidad de corte [mm], RPM, longitud de mecanizado [mm] y diámetro inicial de pasada. 5.3.2. ELEMENTOS SUGERIDOS/UTILIZADOS • • • • • • • •. Formato de toma de datos (ver anexos) Carpeta rígida para organizar los formatos Lápiz y borrador preferiblemente, evitar usar esfero Microscopio digital portátil para medición de desgaste Computador portátil Soporte para el computador Estabilizador de picos de voltaje Software de procesamiento de imágenes (sugerido: ImageJ). Ejemplo de aplicación: se quieren mecanizar 8 piezas cilíndricas hasta un diámetro de 75 mm. El operario utiliza diferentes herramientas para operaciones de desbaste y acabado. La longitud promedio de mecanizado es de 60 mm. En este caso se requiere más de un formato para recolectar los datos; uno por cada herramienta utilizada. Dependiendo de la operación (desbaste o acabado) el operario ajusta parámetros de avance, profundidad de corte y RPM. Estos datos deben ser consignados. También se debe adquirir la información del diámetro de las piezas en cada pasada de mecanizado; un caso especial se presenta cuando se mecaniza una sola pieza ya que el diámetro inicial de pasada se puede calcular mediante la profundidad de corte y la toma de un solo dato del diámetro. En este caso particular la longitud de mecanizado en una constante. Luego de cada. 25.

(26) pasada se debe medir el desgaste de flanco del buril, esta medición es la que toma más tiempo. 5.3.3. PASOS A SEGUIR • Revisar el plano de la pieza para conocer que clasificar los parámetros constantes y los variables. • Pedir los datos de: avance, profundidad de corte, diámetro de la pieza y RPM al operador antes de que inicie la operación • Tomar una fotografía de la herramienta luego de la pasada de mecanizado, utilizando una capacidad de aumento de 20 a 40 veces (20x – 40x) • Repetir los pasos dos y tres las veces que considere necesario. Cada ciclo corresponderá a un punto en las gráficas de números adimensionales de torneado. • Consignar los datos del material mecanizado, material de la herramienta utilizada, nombre y/o código del operario y fecha de realización del ensayo de mecanizado para ser consignados en la base de datos. 5.3.4. PROCESAMIENTO DE DATOS. El tiempo parcial de mecanizado se puede calcular, en el caso de torneado, mediante el avance, la longitud mecanizada y las RPM mediante un cálculo simple. Multiplicar el avance por las RPM y dividir la longitud de mecanizado en esta cantidad. La dureza del material y la herramienta se puede obtener de diferentes maneras, mediante catálogos de proveedores, en libros especializados en el tema o mediante un ensayo de laboratorio. Ambas durezas deben estar en la misma escala de medición independientemente de la que se elija. Se puede usar una tabla de conversión entre escalas de dureza lo cual conlleva un error implícito o utilizar el mismo ensayo de medición de dureza para ambos materiales, por ejemplo dureza Rockwell C (HRC). El desgaste de flanco se calcula mediante el procesamiento de imágenes con un software especializado, en este trabajo se utilizó el software ImageJ de código abierto.. 26.

(27) Zona de medición. LDF. GRÁFICA 1. DETALLE LA METODOLOGÍA DE MEDICIÓN DEL DESGATE DE FLANCO DE LA HERRAMIENTA.. GRÁFICA 2. EJEMPLO DE MEDICIÓN DEL DESGATE DE FLANCO DE LA HERRAMIENTA.. Las gráficas 1 y 2 ejemplifican la técnica utilizada para la medición del desgaste de flanco. Las mediciones se realizan de la siguiente manera, ver gráfica 1: se mide la longitud total de desgaste de flanco (LDF), las regiones de los extremos de la LDF tiene un comportamiento disperso (con bordes más o menos pronunciados entre incrementos de pasada de mecanizado) por tal razón se suprimen las quintas partes extremas de la LDF en la imagen a medir. Dentro de las tres quintas partes restantes de la LDF se realizan cinco mediciones parciales (ver gráfica 2) y finalmente se consigna el promedio de estas mediciones, de esta forma se pretende minimizar las desviación estándar de la medición.. 27.

(28) 6. ENCUESTA DEL SECTOR METAL-MECÁNICO Esta encuesta fue realizada a diez (10) empresas del Sector Metal-Mecánico (SMM) en las ciudades de Bogotá D.C. y Duitama. La encuesta contiene sesenta y nueve (69) preguntas. Para un total de 690 preguntas realizadas en el sector económico metalmecánico. Los grupos principales en los cuales se recolectó información se dividen en: grupo A, selección de montaje y producción, grupo B, clasificación, codificación y estandarización de máquinas y herramientas de corte, grupo C, documentación y bases de datos, grupo D, control logístico, grupo E, herramientas de corte e indicadores, grupo F, procesos y grupo G, administración de herramientas de corte: definición.. 6.1.. SELECCIÓN DE MONTAJE Y PRODUCCIÓN.. Las empresas del SMM tienen facilidad para ajustar su sistema de producción según las necesidades de sus clientes y la forma principal de producción es flexible. Además, la producción en serie, junto con otro tipo de producción tiene cada uno 10% de participación y el tipo de producción en lotes 20% de participación. Se hace notorio entonces, que más de la mitad de los trabajos de manufactura realizados por el SMM local se realizan para suplir necesidades específicas de los clientes y no para producción en serie, contrario a lo que se podría pensar en el ámbito académico.. GRÁFICA 3. SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DEL SMM.. 28.

(29) Se observó que los productos elaborados en el SMM son variados: reparaciones, autopartes, repuestos de máquinas industriales y petroleras, polipastos, cigüeñales y bloques de motor, complementos de equipos electrónicos y partes de muebles para oficina. Se destaca el conjunto de reparaciones y partes de máquinas el cual tienen un 90% de participación dentro de las empresas encuestadas. La planeación de herramientas de corte óptimas para los procesos de producción es necesaria dentro del 90% de las empresas del SMM. Sin embargo en pocos casos los criterios de planeación son estandarizados y metodológicos, por ejemplo, mediante el uso de fichas técnicas de las herramientas de corte o con un cargo específico, dentro de la empresa, para la planeación. Se encuentra de forma recurrente que el criterio de herramienta y parámetros de corte óptimos recae sobre el operador más experimentado y su habilidad para seleccionar la herramienta para cada uno de los materiales maquinados. Esto tiene varios inconvenientes. Primero, el operario tiene sobrecarga de funciones realizando labores técnicas y de planeación que sería deseable que estuvieran delimitadas, por ejemplo, en espacios de tiempo para cada una (labor técnica y planeación). Segundo, la experiencia adquirida no se retroalimenta en todos los sectores de la empresa. Es el operario que realiza, ajusta y selecciona las herramientas, la persona que gana experiencia; lo cual es bueno, solo si esa persona puede estar presente a cada momento y sin falta durante las operaciones de la empresa. Se sugiere implementar una metodología de documentación que soporte los procesos y que divulgue la información mediante lecciones aprendidas. En forma general se tiene consenso entre las empresas que: planear el uso de herramientas de corte tiene ventajas en la producción, aumenta el rendimiento, mejora la calidad de la pieza, es menor el desgaste de la herramienta, reduce costos y tiempos de montaje y operación, evita paradas de máquina por uso simultaneo de herramientas y evita la improvisación durante el desarrollo del trabajo. Frente a estas ventajas mencionadas por las empresas solo el 30% de ellas toma datos del proceso como una alternativa de planeación. Los datos recolectados tienen criterios de productividad pero el tiempo de recolección de datos interfiere en un 67% de los casos con el tiempo de trabajo del operario. Una alternativa sugerida incluye planear los tiempos de los empleados teniendo en cuenta el tiempo estimado para toma y recopilación de los datos.. 29.

(30) Otras alternativas de planeación manifestadas por las empresas, diferentes a la toma de datos de procesos son: planear dependiendo del material a trabajar, dependiendo del conocimiento del operario, planear según las operaciones de desbaste, semi-acabado y acabado, organización de la secuencia de producción con ayuda del operario, mediante revisión de fichas técnicas de la herramientas idóneas para el proceso y organizando las herramientas necesarias al iniciar la jornada. Se piensa que tomando datos del proceso, controlando y registrando de forma ordenada la información del proceso productivo de cada empresa, con especial interés en las herramientas de corte, se pueden mejorar inconvenientes en la planeación de la producción como: no se tiene en cuenta el inventario de las herramientas, diferencia entre las horas planeadas y ejecutadas en la operación, geometrías complejas de mecanizado, problemas con la definición del proceso y con certeza de las especificaciones del material a maquinar. Finalmente, bajo recomendaciones de las mismas empresas, las mejores formas de realizar la planeación son: llevando control de la información durante el proceso, mediante fichas técnicas o estándares establecidos, con capacitación al personal, división en departamentos con responsabilidades definidas (i.e. de planeación de montaje y ejecución) de acuerdo a la secuencia lógica de la producción y que exista colaboración y respecto entre el sector planeación y de operación.. 6.2.. CLASIFICACIÓN, CODIFICACIÓN Y ESTANDARIZACIÓN DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS DE CORTE.. Es importante para el 100% de las empresas del SMM ubicar de forma adecuada la maquinaria dentro del piso de fábrica. El 90% de las empresas codifica y clasifica sus máquinas. Con respecto a las herramientas de corte la clasificación es complicada y solo se realiza para algunas herramientas de interés y en todo caso solo en algunas empresas. También es importante resaltar que en 7 de cada 10 empresas no existe una metodología clara para hacer esta clasificación, solo algunas utilizan el estándar de normatividad ISO. En forma general se observa, de los resultados de las encuestas, que los parámetros del grupo B (clasificación, codificación y estandarización) afectan positivamente la administración de herramientas de corte. Afectando la planeación y selección de herramientas, facilitando el seguimiento de la ficha técnica y la 30.

(31) orden de producción, se permite controlar el flujo de inventarios, se organiza mejor la productividad y da herramientas para comparar y controlar el proceso. En conclusión, la percepción de las empresas confirma que estos parámetros permiten trabajar, presupuestar y ejecutar en forma controlada la producción.. 6.3.. DOCUMENTACIÓN Y BASES DE DATOS.. El 60% de la empresas encuestadas almacena la información de de los procedimientos técnicos, con lo cual se observa un gran interés y preocupación de las empresas del SMM por el manejo de su información técnica. El almacenamiento de información se hace a través de fichas técnicas en gran mayoría y mediante formatos digitales en algunos casos. Este es un caso similar al que vivieron algunas de las grandes empresas de manufactura en Estados Unidos y Europa a partir de la década de los 80 con el auge de la informática y la filosofía de administración de herramientas [1]. Es importante mencionar que estas empresas también tuvieron un gran crecimiento durante esta misma época al ser cada vez más competitivas [3]. En el caso colombiano, la experiencia adquirida en el desarrollo del trabajo difícilmente sale del piso de fábrica, donde el operario que realiza la operación adquiere el conocimiento. Algunos intentos por preservar este conocimiento adquirido son los informes de producción, indicadores de producción, cuadernos de proceso y cursos de capacitación al personal. Estos parecen ser mecanismos efectivos en algunas empresas, pero la incursión en el campo informático o bases de datos es limitada lo cual puede restar competitividad al SMM.. 6.4.. CONTROL LOGÍSTICO.. Con respecto a algunos controles logísticos de las herramientas de corte los porcentajes para el recibimiento, identificación, registro, almacenamiento, ubicación en fábrica, disponibilidad, inventario y descarte se muestran en la Gráfica 2. Cada parámetro (de recibimiento por ejemplo) hace referencia a: si la empresa tiene o no control sobre el parámetro mencionado. Así por ejemplo, en el parámetro recibimiento el 90% de las empresas si tienen control sobre este parámetro. En este caso particular, equivale a que 9 de cada 10 empresas controla cuándo recibe las herramientas de corte (i.e. mediante fecha de entrega de herramientas).. 31.

(32) GRÁFICA 4. PORCENTAJE DE CONTROL, EN LAS EMPRESAS DEL SMM, DE ALGUNOS PARÁMETROS LOGÍSTICOS DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE.. En general, el almacén se convierte en el actor principal para controlar el flujo de herramientas desde que se solicita en la ejecución del trabajo hasta que se descarta. Mediante un registro de entrada y salida de herramientas al almacén se controlan cantidades, tiempos y condiciones de las herramientas. También, se complementa el control de flujo, mediante la diferenciación de herramientas nuevas o afiladas, función u operación de la herramienta, con inventarios de seguridad e incluso mediante conocimiento previo de las herramientas y desempeño en los procesos. El 90% de las empresas encuestadas dice que es fácil la búsqueda de herramientas de corte durante el alistamiento de proceso. El 70% de las empresas tiene una metodología para controlar en nivel de inventarios, donde aproximadamente la mitad utiliza datos de procesos para controlar ese nivel. Finalmente, 9 de cada 10 empresas tienen interés en mejorar la distribución y ubicación de sus herramientas de corte en su almacén.. 6.5.. HERRAMIENTAS DE CORTE E INDICADORES.. Solo el 60% de las empresas del SMM tienen definido un criterio de vida útil de sus herramientas de corte. Este criterio es en gran parte por calidad de producto terminado, solo en algunos casos se utiliza un indicador de desgaste o el tiempo de uso. Además, la condición o estado de la herramienta se transmite verbalmente teniendo una alta probabilidad de olvido o de error. En algunas ocasiones la ficha. 32.

(33) técnica o los registros de almacén ayudan a controlar la información del estado de la herramienta. En promedio ocurren 9 paradas de máquina al año por falta de herramientas (dentro del total de la información recolectada en todas las empresas), siendo cero la mínima cantidad de paradas y 36 la máxima (calculada a partir de 3 paradas por mes). Los siguientes porcentajes corresponden a información estimada en las empresas sin utilizar cálculos exactos: • La cantidad de herramientas en el almacén con respecto al inventario es del 52% con desviación estándar de 34%. • El promedio de herramientas de corte obsoletas en el SMM es del 15% con desviación estándar de 29%. • El costo de herramientas en el presupuesto anual es en promedio del 13% con desviación estándar del 8%. • Al costo del producto final se le asocia un 10% como costo de la herramienta de corte. Con una desviación estándar de 9%.. 6.6.. PROCESOS.. El SMM nacional es flexible con respecto al tipo de materiales maquinados: aceros de todo tipo; de alto, medio y bajo carbono, acero inoxidables, aceros de herramientas, tratados térmicamente y trabajados en frío, aluminio, bronces, hierros de fundición, titanio, polímeros y plásticos de ingeniería. Algunas referencias: AISI 1020, 1045, 4140, 4340, inoxidables serie 300 (austeníticos cromo-niquel) y 400 (ferríticos y martensíticos, cromo), bronce SAE 64, Aluminio serie 1000 (sin aleación), teflón, entre otros. Se destaca, como era de esperar, los aceros más comunes: 1020, 1045, 4340, 4140, utilizados en todas las empresas encuestadas. Los tipos de máquina usados en las empresas son: tornos convencionales, taladros verticales, fresadoras, rectificadoras, equipo de soldadura, alesadoras, mandrinadoras, cepillos, tornos CNC y centros de mecanizado. El torno convencional es la maquinaria más utilizada. Las innovaciones o. 33.

(34) implementaciones tecnológicas son escasas y no es común observar maquinaria de control numérico en las empresas del SMM encuestadas. En promedio las empresas del SMM producen 242 toneladas en piezas terminadas al año (la variabilidad de este dato es grande, ya que el producto terminado de algunas empresas puede ser gran tamaño y peso en comparación con las otras. Además, este no es un dato que se lleve en todas las empresas y los valores recolectados son estimaciones grandes) con desviación estándar de 314 toneladas. Las herramientas más utilizadas son los buriles, pastillas intercambiables, brocas y fresas, respectivamente (ver Gráfica 3). Donde la herramienta con promedio de uso más parecido entre todas las empresas es la broca (ver Gráfica 4), con cerca del 14%. Es interesante mostrar que el 80% de las empresas opina que es sencillo seleccionar las herramientas de corte adecuadas teniendo en cuenta criterios de calidad del producto, vida útil de la herramienta y rentabilidad del proceso. Como factor principal se tiene en cuenta la calidad del producto (42%), luego la rentabilidad (31%) y finalmente la vida útil de la herramienta (27%) en el momento de seleccionar una u otra herramienta. (Ver Gráfica 5). GRÁFICA 5. PORCENTAJE DE USO PROMEDIO DE HERRAMIENTAS DE CORTE EN EL SECTOR METALMECÁNICO (SMM), PARA LAS EMPRESAS ENCUESTADAS.. 34.

(35) GRÁFICA 6. DESVIACIÓN ESTÁNDAR DE LOS DATOS RECOLECTADOS ACERCA EL PORCENTAJE DE USO DE CADA HERRAMIENTA EN LA OPERACIÓN DE MECANIZADO DE LAS EMPRESAS.. GRÁFICA 7. ALGUNOS CRITERIOS DE SELECCIÓN DE HERRAMIENTAS DE CORTE PARA OPERACIONES DE MECANIZADO, PORCENTAJE DE IMPORTANCIA QUE LAS EMPRESAS LE ASIGNAN A CADA CRITERIO.. Los criterios de selección de herramientas son variados y las empresas tienen en cuenta: dependiendo del tipo de material de trabajo, de la calidad dimensional 35.

(36) (tolerancia) de la pieza, del tipo de operación (desbaste, acabado o semiacabado), del número de piezas a producir, del costo de la herramienta, del avance y la velocidad de corte, de las recomendaciones del proveedor o solo por reconocimiento visual. Esto evidencia una necesidad de una metodología que tenga en cuenta estos criterios, los agrupe y organice de forma tal que se sencillo seleccionar una herramienta para un proceso particular. La mayoría de las empresas tienen un concepto intermedio entre bueno y regular acerca del desarrollo del sector metalmecánico del país. El 80% de las empresas del SMM tiene interés en innovar con nuevos procesos y tecnologías de corte. En el marco de este trabajo de grado, es de interés resaltar que solo el 30% de las empresas encuestadas conoce la técnica de análisis dimensional, aun más, ninguna de las empresas utiliza esta técnica para seleccionar sus herramientas de corte. Teniendo en cuenta que el criterio de calidad es de gran valor en el SMM, se presentan a continuación los siguientes indicadores: el 50% de las empresas realizan mantenimiento preventivo anual a sus máquinas. Todas las empresas realizan revisiones periódicas, con frecuencia semanal, de las condiciones generales de operación de las máquinas (lubricación, ajustes, sonidos extraños, entre otros). El 70% de estas empresas realiza controles de calidad estandarizados, principalmente metrología (comparación con elementos de medición) y pruebas de soldadura (tintas penetrantes y ultrasonido).. 6.7.. ADMINISTRACIÓN DE HERRAMIENTAS DE CORTE: DEFINICIÓN.. Existe un consenso general sobre la definición de “administración de herramientas de corte”, con base a las respuestas consignadas en la encuestas, entendido como: una forma de selección y organización (de las herramientas) que busca optimizar los procesos, mejorar la rentabilidad, ayudar en la planeación de secuencias de proceso, controlar inventarios y finalmente disminuir costos y aumentar beneficios de producción. Bajo el marco de este entendimiento el 100% de las empresas considera la administración de herramientas de corte como un factor muy importante sus empresas. Además, 6 de cada 10 empresas tienen conciencia de los costos de producción con respecto a la herramienta de corte, esto es, por ejemplo, que el estado óptimo de la herramienta, utilización de herramienta adecuada y costo de la herramienta influyen de forma directa en la rentabilidad final del producto.. 36.

(37) 7. ANÁLISIS DE RESULTADOS El trabajo desarrollado se enfocó en la implementación de números adimensionales de mecanizado en la operación de torneado. Los resultados más importantes se clasifican en tres categorías: consolidación del conocimiento experimental, metodología de comparación de selección de parámetros de proceso y diseño de proceso con base a experiencia consolidada. En forma general, los resultados obtenidos permiten capturar y registrar la experiencia de un operario con respecto a la selección de parámetros de proceso. También, se puede comparar el desempeño de un grupo de operarios en cuanto a productividad (tasa de remoción de material) y desgaste de herramienta, utilizando una metodología objetiva, relativamente sencilla y de fácil visualización. Finalmente, se puede cuantificar el tiempo de producción y planear parámetros óptimos para nuevas operaciones. Con ayuda de los números adimensionales y el software ADMEC desarrollado para sistematizar el procesamiento y análisis de los datos recolectados se pueden resolver las siguientes preguntas: •. ¿Con qué criterios se pueden comparar la selección de parámetros de mecanizado?. •. ¿Cómo se selecciona aquella combinación de parámetros adecuados para la producción?. •. ¿Existe una forma objetiva con la que se puede medir la eficiencia o experiencia de un grupo de operarios durante la producción?. •. ¿Cómo afecta, en términos de tiempo de producción, la planeación de parámetros de mecanizado?. Por otro lado, se presenta un caso que muestra la capacidad de ADMEC para organizar y registrar la información de las empresas. Este ejemplo utiliza el software MS Access© ya que en él se puede implementar con facilidad tablas relacionales; con las cuales se pueden generar consultas utilizando el conjunto de tablas que conforman la base de datos.. 7.1.. CONSOLIDACIÓN DE CONOCIMIENTO EXPERIMENTAL. 37.

(38) Este tema hace referencia a la metodología utilizada para guardar los datos experimentales de torneado, haciendo uso de ADMEC y los números adimensionales (ver capítulo 5.2). Se logró guardar la información mediante bases de datos y hojas de cálculo tradicionales. Esta sencilla operación permite visualizar cuales son los mejores parámetros utilizados por el operario con más experiencia y así poder archivarlos en un histórico con el cual se logra formular operaciones planeadas desde niveles organizacionales. El resultado, en forma cualitativa, se observa en la reducción de responsabilidades del operario en el piso de fábrica y en un mayor control del proceso en la empresa, de igual forma se logra extrapolar el conocimiento experimental a los operarios que más lo necesitan. A nivel cuantitativo, se logran formular las variables adecuadas para nuevas operaciones de mecanizado. En conclusión, al brindarse una herramienta para guardar y procesar los parámetros de mecanizado se logra captar el conocimiento adquirido en una empresa durante el desarrollo de sus actividades. Se logra hacer una planeación eficiente con base a los conocimientos propios de la empresa. Números Adimensionales de Proceso 0,003. 3 13. 0,002. 6 11. 12 5 4. adimensional torno. 0,002. 10. centroide. pi 2. 9 8. marco 95%. 2. 0,001. 1. 7. 0,001. 0,000 0. 1E+11. 2E+11. 3E+11. 4E+11. 5E+11. 6E+11. pi 1. GRÁFICA 8. NÚMEROS ADIMENSIONALES DE PROCESO PARA OPERARIO 2.. 38.

(39) En el de la Gráfica 6, se puede ver que los puntos 1, 2, 7, 8 y 10 son más adecuados que los demás (ver capítulo 5.2.1). Se pueden rastrear los parámetros de corte que generaron estos puntos (observando los datos que generaron la gráfica; tabla 1) y de esta forma se captura la experiencia de un operario para mejorar procesos posteriores.. dato. RPM. profundidad de corte. avance. tiempo parcial de mecanizado. velocidad de mecanizado. [mm]. [mm/rev]. [min]. [m/min]. PI 1, abcisa. PI 2, ordenada. 1. 400. 7,5. 0,035. 5,00. 29,53. 2,57E+11. 6,43E-04. 2. 400. 7,0. 0,035. 5,29. 39,71. 3,41E+11. 9,19E-04. 3. 400. 7,7. 0,035. 5,29. 29,78. 2,81E+11. 2,05E-03. 4. 630. 7,0. 0,035. 3,36. 62,54. 3,41E+11. 1,50E-03. 5. 630. 7,7. 0,035. 3,36. 46,91. 2,81E+11. 1,69E-03. 6. 1000. 5,0. 0,035. 2,11. 102,42. 2,51E+11. 1,76E-03. 7. 400. 10,4. 0,035. 5,29. 33,18. 4,23E+11. 6,08E-04. 8. 400. 10,0. 0,035. 5,29. 39,71. 4,87E+11. 1,08E-03. 9. 630. 5,5. 0,035. 3,36. 42,55. 1,82E+11. 1,18E-03. 10. 400. 10,0. 0,035. 5,29. 39,71. 4,87E+11. 1,28E-03. 11. 1000. 5,5. 0,035. 2,11. 66,92. 1,81E+11. 1,66E-03. 12. 630. 7,5. 0,035. 3,36. 62,54. 3,65E+11. 1,78E-03. 13. 630. 7,0. 0,035. 3,36. 45,52. 2,48E+11. 1,92E-03. TABLA 1. DATOS DE PROCESO DE OPERARIO 2.. La tabla 1 muestra los parámetros usados por el operario durante el maquinado, estas variables son usadas para generar las gráfica 1. En este caso se encuentra que: los parámetros de 400 RPM (con velocidad de corte de 40 m/min), con profundidades de corte promedio de 8 mm y avance de 0.035 mm/rev son importantes para esta producción debido a que se logran menores tasas de desgaste y mayor tasa de producción. Según la experiencia de esta operación se logran mejores resultados con estos parámetros.. 7.2.. METODOLOGÍA DE COMPARACIÓN DE SELECCIÓN 39.

(40) Utilizando los números adimensionales de mecanizado se puede comparar la eficiencia en la selección de parámetros de mecanizado, en relación con el desgaste y producción; observando el comportamiento de las nubes de puntos adimensionales generadas por un grupo de operarios. Finalmente, se obtiene una herramienta con la cual se puede sugerir a uno u otro operador el uso de parámetros que se ajusten a las necesidades productivas de la empresa. comparación de operarios (OP) 1,0E-02. centroide OP2. pi 2. marco 95% OP2 centroide OP1 marco 95% OP1. 1,0E-03 1,0E+08. 1,0E+09. 1,0E+10. 1,0E+11. 1,0E+12. pi 1. GRÁFICA 9. COMPARACIÓN DE OPERARIOS MEDIANTE NÚMEROS ADIMENSIONALES.. Se observa en la Gráfica 7 que el operario dos (OP2) se encuentra la zona de menor desgaste y mayor producción (ver capítulo 5.2.1). Se puede concluir que el OP2 realizó, en comparación con el operario uno (OP1), un mecanizado con parámetros deseables para mejorar la competencia de la empresa. En este caso si el primer operario utilizara los parámetros de mecanizado de segundo operario obtendría, en promedio, una reducción en el desgaste de la herramienta de corte. 40.

(41) del 36% y un importante aumento de la producción (tasa de volumen removido) de cerca de 300 veces1.. dato. RPM. profundidad de corte. avance. tiempo parcial de mecanizado. velocidad de mecanizado. [mm]. [mm/rev]. [min]. [m/min]. PI 1, abcisa. PI 2, ordenada. 1. 140. 5,00. 0,401. 0,240. 72. 20. 1,32. 2. 224. 5,00. 0,130. 0,208. 72. 20. 2,54. 3. 140. 4,75. 0,230. 0,209. 72. 20. 2,30. 4. 140. 0,20. 0,217. 0,198. 72. 20. 2,44. 5. 140. 5,00. 0,217. 0,227. 72. 20. 2,44. 6. 140. 5,00. 0,217. 0,282. 72. 20. 2,44. 7. 140. 4,80. 0,217. 0,393. 72. 20. 2,44. 8. 140. 5,00. 0,217. 0,362. 72. 20. 2,44. 9. 140. 5,00. 0,217. 0,348. 72. 20. 2,44. 10. 140. 4,90. 0,217. 0,394. 72. 20. 2,44. TABLA 2. DATOS DE PROCESO DE OPERARIO 1.. Mirando con detenimiento los datos para a los operarios OP2 y OP1 de la Tabla 1 y Tabla 2, respectivamente. Se puede ver que los parámetros de avance y velocidad de corte cambian sustancialmente (Gráfica 8). Se recomienda al OP1 que disminuya el avance y aumente las RMP (traducidas en velocidad de corte) para buscar puntos de operación más eficientes.. 1. Este valor debe analizarse con cuidado ya que se debe tener en cuenta el tiempo como variable. Es decir, la operación de mecanizado puede hacer con un desbaste de materia alto y un bajo avance y consecuentemente un tiempo elevado con alta tasa de remoción de material.. 41.

(42) Velocidad de corte - avance operario 1. operario 2. 0,45. avance [mm/rev]. 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. velocidad de corte [m/min]. GRÁFICA 10. AVANCE Y VELOCIDAD DE CORTE PARA OPERARIOS OP1 Y OP2.. 7.3.. DISEÑO DE PROCESO. La filosofía de la administración de herramientas se sustenta en la idea que: poseer la mayor cantidad de información le permite hacer inferencias que finalmente afecten la producción y eficiencia de la empresa. Es justamente el caso que se logra al mirar con detalle la información recolectada en los números adimensionales. •. Utilizando los parámetros: longitud de mecanizado, RPM y avance se puede calcular el tiempo parcial de mecanizado para la operación de torneado.. •. Bajo los supuestos de homogeneidad, en tiempos muertos y tiempo de reafilado para un grupo de operarios, se puede extrapolar el análisis de tiempo de producción utilizando el tiempo de mecanizado.. Hasta este punto, los cálculos son iguales a un problema de interés académico. Sin embargo, con el uso de números adimensionales, se tiene una forma objetiva de comparación de parámetros: regiones adecuadas de operación. De esta forma, se puede formular una secuencia del proceso óptima desde el punto de vista del tiempo de producción y el desgaste de la herramienta. A continuación se presenta un ejemplo del procedimiento utilizado. El caso es el de dos operarios trabajando en la misma orden de producción repartida en partes 42.

(43) iguales. La orden consta de la fabricación de 96 ejes de 31.6 mm de diámetro inicial y con reducciones diametrales en los extremos hasta un diámetro de 16 mm con longitudes de mecanizado de 74 mm en cada extremo. Los operarios utilizan el mismo buril y mecanizan el mismo material eligiendo los parámetros a su voluntad y según su experticia. Los tiempos finales se resumen en la tabla 3. Los parámetros que utiliza con mayor frecuencia el OP1 toman un tiempo de producción de 7.3 min. Por otro lado, el OP2 varía con más frecuencia sus parámetros y el tiempo de producción promedio es de 7.9 min. Entonces, utilizando los números adimensionales de la Gráfica 6 se contrasta el tiempo de producción contra la ubicación de los puntos en la región de menor desgaste y mayor producción (región inferior derecha).. operario 1. operario 2. pieza. tiempo [min]. pieza. tiempo [min]. 1. 6,15. 1. 10,35. 2. 7,30. 2. 6,82. 3. 7,30. 3. 7,15. 4. 7,30. 4. 8,70. 5. 7,53. 6. 6,82. TABLA 3. COMPARACIÓN DE TIEMPO DE MECANIZADO PARA DOS OPERADORES.. •. El OP2 se encuentra en una región óptima en comparación con el OP1.. •. Se procede entonces a analizar el menor tiempo del OP2 (Tabla 3) para extraer los parámetros de proceso utilizados.. •. Estos datos corresponden al número 4 y 5 de la columna dato de la tabla 1.. Para una producción de 48 ejes por operario, el tiempo total de trabajo para el OP1 sería de 350.4 minutos y de 327.4 minutos para el OP2 (en el mejor de los casos). En conclusión, se logra una reducción en el tiempo de producción de 6.6% con la ventaja de utilizar parámetros de bajo desgaste y alta tasa de remoción de volumen de material. 43.

(44) 7.4.. SISTEMATIZACIÓN DE NÚMEROS ADIMENSIONALES. El procesamiento de datos de números adimensionales de torneado y la metodología de comparación de dos grupos de datos de torneado (que se pueden utilizar para comparar dos operarios o herramientas dependiendo del experimento que se realice), se pueden realizar dentro del software ADMEC. Desde la página inicial de ADMEC en la capa de administración se debe seguir el vínculo de “selección de herramientas”. La sistematización consiste en un formulario para guardar los datos de proceso que se toman para el cálculo de los números adimensionales, hojas de cálculo embebidas en la página web2 con las cuales se procesan los datos de torneado y una hoja de cálculo donde se deben copiar los valores de los números adimensionales para dos herramientas u operarios y que muestra gráficas de comparación para estos dos grupos de números: primero, una gráfica en el que se observan los marcos de confianza y la nube de puntos que los generan, segundo, la misma gráfica sin los puntos generadores ya que puede ser útil observar la intercepción de los marcos de 95% de confiabilidad evitando confusión debido a los puntos generadores dentro de esta comparación, tercero, una gráfica en escala logarítmica con la cual puntos alejados varias ordenes de magnitud se pueden observar con mayor claridad. La página inicial del módulo de selección de herramientas permite: descargar el formato para tomar datos del proceso de torneado, vínculo a la página de procesamiento de datos de torneado y a la página de comparación de dos grupos de números adimensionales, finalmente, contiene el formulario para almacenar en la base de datos la información procesada. La página de procesamiento de datos y la de comparación contienen un tutorial donde se explica la metodología de medición a utilizar.. 2. Para que las hojas de calculo se desplieguen en la misma página web se debe usar el explorador de Internet Explorer© y MS Office 2003©. Otros programas obligan a descargar el archivo y ejecutarlo en una ventana aparte.. 44.

(45) GRÁFICA 11. INTERFAZ DE ADMEC PARA PROCESAMIENTO DE NÚMEROS ADIMENSIONALES.. 7.5.. BASES DE DATOS. El trabajo relacionado con las bases de datos comienza con el ajuste de los diferentes formularios que se encontraba en ADMEC. Cada uno de estos formularios se revisó con las empresas y se modificaron para generar un lenguaje común en el sector, adicionando campos a cada formulario de cada una de las capas del software3. Por otro lado, se organizó cada entrada de formulario mediante capas que reflejan las divisiones regulares en las empresas metalmecánicas. Esto es, piso de fábrica, almacén o bodega y planeación y administración. Finalmente este ejercicio permite que cada sector de la empresa pueda ingresar la información que le corresponde y adicionalmente el acceso a cada formulario se puede restringir mediante claves de acceso4.. 3. No se detallan cada uno de los cambios realizados ya que se pueden revisar directamente en la página web y porque no presentan información adicional valiosa a este documento. 4 El usuario utilizado: Administrator, clave: 123. 45.