Sistemas
Integrados
de
Fabricación
Rosendo Zamora Pedreño Dpto. Ingeniería de Materiales y Fabricación
Introducción
a
los
Sistemas
Integrados
Índice
1. Introducción a la Fabricación
2. Sistemas de Fabricación: Clasificación
3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de fabricación 4. La automatización: Clasificación
Fabricación
Las materias primas van pasando por diferentes procesos de
fabricación donde van adquiriendo un cierto valor añadido.
– – –
*5
*4 *6
1.‐ Introducción
En el sentido amplio de la palabra, los procesos de fabricación
convierten materias primas en productos.
•Un producto puede ser la “materia prima” para fabricar un
nuevo producto más complejo, (Ej. Tornillo).
•El producto fabricado también se utiliza para fabricar otros
productos, (Ej. Máquina Herramienta). 1.‐ Introducción
*1
1.‐ Introducción
Porsche 911 (997) GT2
Número de piezas de algunos productos
> 6 000 000 Boeing 747‐400 > 4 000 000 Avión de carga C‐5A 15 000 Automóvil 12 000 Piano de cola 300 Podadora rotativa Nº de piezas Producto *2 *3 1.‐ Introducción Fabricación
Ejemplo de Fabricación: El Clip
Ejemplo de Fabricación: El Clip
Patentado en 1901, Johan Vaaler, Noruega Diseño y fabricación de un clip
Requisito funcional:
Es un dispositivo que debe permitir mantener juntas varias
hojas de papel.
•Si la rigidez es muy elevada, cuesta manejarlo. •Si se deforma con demasiada facilidad no sujeta.
Ejemplo de Fabricación: El Clip
•¿Qué tipo de material? Metálico – Plástico •Metal: Tipo de metal y estado original
•Si es alambre: diámetro, forma de la sección
•¿Son importantes el acabado y la apariencia? •¿Cómo le damos forma? Manual – Mecánica
•Maquinaria: fabricar específica, comprar •¿Cuantos debo fabricar cada día?
Cuestiones Iniciales
Ejemplo de Fabricación: El Clip
•¿Soporta el material la deformación sin romperse?
•¿Cuánto se desgastará la herramienta que corte el alambre? •¿El corte dejará rebabas?
•¿Qué proceso es el más indicado económicamente para las
condiciones de producción dadas?
Cuestiones para la selección del proceso
Es necesario estudiar todas las actividades y recursos involucrados
Actividades y Recursos
La fabricación es una actividad compleja que comprende una
amplia variedad de recursos y actividades:
•Diseño del producto
•Selección del proceso de fabricación
•Selección de maquinaria y herramientas •Selección de materiales
•Planificación del proceso •Compras
•Fabricación
(1/2) 1.‐ Introducción
La fabricación es una actividad compleja que comprende una
amplia variedad de recursos y actividades: •Control de la producción
•Servicios de soporte y mantenimiento
•Marketing / Mercadotecnia •Ventas •Expedición •Atención al cliente (2/2) Actividades y Recursos 1.‐ Introducción
Definiciones
Tecnologías de Fabricación
“Conocimientos referentes a los procesos de conformación de los
materiales, a las máquinas, útiles instrumentos y sistemas de
fabricación utilizados y a los controles y verificaciones necesarias
para que las piezas se acaben de acuerdo con las normas y
especificaciones establecidas; todo bajo un criterio económico de
rentabilidad.”
2.‐ Sistemas de Fabricación
La Fabricación, es un término muy amplio abarca muchas
actividades diferentes (fabricar, ensamblar, comprobar, …) en
ámbitos muy diversos (industria química, automóvil, componentes
electrónicos, procesado de alimentos, …)
Sistemas de Fabricación
Sistema = “Systema” = Combinar
“Conjunto de entidades físicas que se caracteriza por sus
parámetros de interacción los cuales son fácilmente identificables y
cuantificables”
Entidades:
Materiales Máquinas Herramientas Energía RR.HH. Definiciones
Los sistemas de fabricación se encuentran rodeados y conectados a otros sistemas Fabricación Ensamble Control Análisis de costes Almacenamiento Ventas Marketing Requerimientos funcionales Diseño 2.‐ Sistemas de Fabricación
Tipos de Sistemas de Fabricación según el producto: 1. Producción Continua 2. Producción Discreta 2.a) En Masa 2.b) En Lotes Tipos de Sistemas de Fabricación 2.‐ Sistemas de Fabricación
Tipos de Sistemas de Fabricación según el producto:
• Continua
‐Productos continuos que posteriormente se seccionan (Ej. Alambre,
Tubería plástico).
‐Mayoritariamente, suelen ser “materia prima” para otros procesos.
‐Fácil de automatizar: Monitorización + Control + Optimización 2.‐ Sistemas de Fabricación
Tipos de Sistemas de Fabricación según el producto: • Discreta en masa
‐Piezas individuales (Ej. Arandelas, Tornillos.). Mayoritariamente, suelen
ser productos finales.
‐ Líneas de producción diseñadas y optimizadas para un conjunto de
tareas específicas. 2.‐ Sistemas de Fabricación
Tipos de Sistemas de Fabricación según el producto: • Discreta por lotes
‐ Agrupa al mayor porcentaje de industrias manufactureras. ‐ El tamaño del lote es pequeño o mediano
‐ Muchas especificaciones diferentes en el mismo centro de trabajo
‐ Pérdidas de tiempo en el cambio de producción 2.‐ Sistemas de Fabricación
MARKETING
‐ "Porque no tenemos nunca en stock el producto solicitado".
‐ "Nuestros tiempos de respuesta son demasiado largos".
‐ "Nuestros costes no son competitivos".
‐ "Porque no mejora la calidad de nuestro producto".
‐ "Necesitamos un producto nuevo".
‐ "No tenemos suficiente gama de variantes".
‐ "Los problemas y costes de los servicios post‐venta son demasiado altos".
PRODUCCIÓN
‐ ¿Por qué no hay buenas previsiones de ventas?
‐ Necesitamos programas fijos que no cambien.
‐ Una gama amplia provoca series cortas y no rentables.
‐ No se puede tener existencias de todo en el almacén.,
‐ Es imposible introducir tantas modificaciones del producto.
‐ Se utilizan los productos para trabajos inadecuados.
Requerimientos a los sistemas de fabricación
Aspectos en el contexto actual que han marcado las políticas de producción
1. Nivel de Mercado:
• Globalización
• Mayor personalización de la demanda • Mayor exigencia en Seguridad y Calidad
2. Nivel de Recursos:
• Encarecimiento de la Materia Prima
• Encarecimiento de los Costes Laborales (subcontratación)
1/2 3.‐ Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación
3. Nivel de Producto:
• Aumento de la Velocidad de Obsolescencia
4. Nivel de Tecnología:
• Experimentación en nuevas Tecnologías
• Formación y Reconversión del Personal
Aspectos en el contexto actual que han marcado
las políticas de producción 2/2
Necesidades Actuales
•Diversificar el producto •Adaptarse al cliente •Competencia
•Mayor calidad y exigencia
•Ciclo de vida corto
Sistemas Tradicionales
•Gran serie
•Producción > Demanda
•Imposible atender a la demanda del cliente a un costo razonable •Falta agilidad
Las nuevas tecnologías, (microelectrónica, automática, técnicas de control,
nuevos materiales e informática) incorporadas al proceso productivo,
permiten nuevos enfoques a la resolución de los problemas de producción.
Sistemas de Fabricación
Respuesta a la Demanda y Tendencias
•Un producto debe satisfacer totalmente los requisitos de diseño,
especificaciones y normas.
•Debe fabricarse mediante los métodos mas económicos y
respetuosos con el medio ambiente.
•La calidad debe integrarse en cada etapa del proceso.
•Los sistemas de fabricación deben ser flexibles para responder
a:
‐ las cambiantes demandas del mercado, ‐ los tipos de productos y
‐ variaciones de las capacidades de producción
(1/2) 3.‐ Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación
Respuesta a la Demanda y Tendencias
•Deben evaluarse constantemente los continuos desarrollos en:
‐ Nuevos materiales
‐ Procesos de fabricación
‐ Automatización e Integración
• Las actividades de Fabricación deben considerarse como un gran
Sistema que se pueden modelar para estudiar el efecto que tienen
sobre él diversas variables ( Ej.: cambios en la demanda, cambios
en los precios, …)
•Se debe trabajar con el cliente para que fruto de la
realimentación, se consiga la mejora continua del producto.
(2/2) 3.‐ Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación
¿ Agilidad Coste Elevado ?
Las características operativas de las nuevas factorías pasan a ser las siguientes:
•La cantidad de lote económico se aproxima a la unidad
•La dispersión y variedad de la gama del producto no está penalizada por
costes extra en la etapa de producción.
•Disminuyen hasta casi desaparecer los costes de mano de obra directa con lo
que los costes totales son muy sensibles al volumen global de producción,
dentro de una economía de costes conjunto.
•Operación sin personal directo y sin stocks reguladores.
•Actividades amplias y costosas de pre‐producción.
•Respuesta rápida a los cambios de diseño y a la demanda del mercado. •Elevados niveles de precisión, fiabilidad y calidad.
¿ Existe potencial de mejora ?
(Society of Manufacturing Engineers)
Fabricación clásica por lotes, trabajando a dos turnos,
Materiales
ESPERA= 95 % del tiempo en fábrica, Almacén, pie de máquina MONTADOS EN MÁQUINA= 5% restante
70% Tiempo de preparación.
30% Trabajo sobre el material
Sólo se trabaja sobre el material un 1,5 % del tiempo de permanencia en el taller.
El sistema productivo debe de:
• seguir obteniendo Beneficios
• intentando controlar el aumento de Costes de Fabricación
• aumentando en lo posible la Productividad
Herramienta
‐> Automatización
Objetivos:
• Aumentar la Calidad y Productividad
• Independizar el trabajo de la habilidad del operario • Mejorar los procedimientos de trabajo
Automatización
“Empleo
de
Sistemas
Mecánicos,
Eléctricos
y
Electrónicos
(basados
en
computadores)
para
la
operación
y
control
de
la
producción”
Resultados esperados:
• Menor número de piezas rechazadas
• Mayor productividad
• Planificación de la producción más fiable
• Técnica más sencilla y cómoda para el operario • Repetibilidad
Clases
de
Automatización
FIJA ‐ Gran Volumen
‐ Diseño Especializado PROGRAMABLE ‐ Bajo Volumen ‐ Alta Variedad ‐ Programa <‐> Producto 4.‐ Automatización
A.‐ Automatización Fija
• Elementos de control basados en condiciones geométricas fijas • Limitada a la fabricación de una tarea específica
• Alta inversión inicial
• Tiempos de preparación elevados
• Rigidez
• Restringida a grandes volúmenes de producción. Alta productividad
Ej.: Programador de una lavadora
A.‐ Automatización Fija
Máquinas Transfer e Instalaciones Especiales
• Constituidas por estaciones de trabajo (mecanizado, montaje, etc.) por las que pasan los componentes de forma secuencial.
• El componente pasa de una estación forma automática.
• Es común diseñar máquinas transfer que realicen un grupo de
operaciones que completen una pieza o que reúnan varios
subprocesos.
A.‐ Automatización Fija
Estaciones transfer
A.‐ Automatización Fija
© Rommel Präzisionsteile GmbH
Línea transfer
A.‐ Automatización Fija
Transfer rotativo
A.‐ Automatización Fija
Moss Group Automation
Estación automatizada de soldadura por resistencia
Instalaciones Especiales
A.‐ Automatización Fija
• Permite controlar la secuencia de operaciones a partir de la
lógica implementada en un programa fácilmente editable
N0020 G0 G71 G90 G95 G96 X100 Z100 F0.05 S100 T1.1 M3 M41 N0030 G41 X121 Z0 N0050 G1 X-0.5 N0060 G42 G0 X122 Z2 F0.065 N0070 G68 P0= K31.75 P1= K0 P5= K2 P7= K0.5 P8= K0.5 P9= K0 P13= K80 P14= K150 N0075 G0 X50 Z50 F0.04 S120 T3.3 N0080 G1 X31.75 Z-31.75 N0090 G1 X38.1 Z-50.175 N0100 G1 X64.2 Z-50.175 N0110 G3 X76.2 Z-56.175 I0 K-6 N0120 G1 X76.2 Z-70.2 N0130 G2 X88.2 Z-76.2 I6 K0 N0140 G1 X101.6 Z-76.2 N0150 G1 X101.6 Z-88.3
Ejemplo de programa pieza CNC torno
B.‐ Automatización Programable
Programable (Sistemas Independientes)
‐ Muy flexibles.
‐ Menos productivos y de mayor coste unitario.
‐ Poco estandarizados.
Sistemas de Fabricación Flexible Fija (Sistemas dedicados)
‐ Rígidos, muy costosos
‐ Elevada productividad y menor coste unitario.
‐ Adecuados para elementos muy estandarizados vida media larga
Flexible
(FMS)
Referencias
Referencias
Figuras
• Nanua Singh, 1996, Systems approach to computer‐integrated design and manufacturing, John Wiley & Sons, Inc. • S. Kalpakjian, S.R. Schmid, 2008, Manufactura, Ingeniería y Tecnología, Pearson Educación, ISBN 970‐26‐1026‐5 • M.P. Groover, 1997, Fundamentos de Manufactura Moderna: Materiales, Procesos y Sistemas, ISBN 9789688808467
Rosendo Zamora Pedreño Dpto. Ingeniería de Materiales y Fabricación