Diseño de sistema posicionador y de sujeción en banda transportadora

Texto completo

(1)INS1ITUTO Tlcxor.Omco y DI ESTUDIOS SUPERIO:RIS DI MONTl:RIIY CAMPUS ESTADO DI M:t>aco DIVISitD DI GUDOADOS E I:.IVESl'IGACIO•. DIIECCIO• DE HAES?llAS E• IJ'GE:IIEllA. 1. ,,:. 1:. ¡. DISEÑO DE SISTEMA POSICIONADOR Y DE SUJECIÓN EN BANDA TRANSPORTADORA. Tesis para optar el grado de Maestro en Sistemas de Manufactura presenta. FELIPE JIMÉNEZ LUIS. Asesor:. Comité de tesis:. Jurado:. DR. PEDRO LUIS GRASA SOLER. Dr. JAROMÍR ZELENf M. en C. JUAN CARLOS PEDROZA. Dr. JAROMÍR ZELENY, Presidente Dr. PEDRO LUIS GRASA SOLER, Secretario M. en C. JUAN CARLOS PEDROZA, Vocal. Atizapin de Zaragoza, México, abril de 1995.

(2) 1. INTRODUCCIÓN. El. reciente. desarrollo. que. se. ha. venido. dando. en. las. herramientas,. portaherramientas e insertos para herramientas para las operaciones de fresado, taladrado y torneado, ha abierto nuevas aren de aplicación para la mayorfa de las tecnologfas de maquinado con maquinas de CNC. La geometrfa de nuevos tipos de herramienta y portaherramienta para insertos de corte comúnmente involucra una variedad ilimitada de superficies inclinadas y curvas, que pueden ser ampliamente vistas en cualquier otra tecnologfa de grupos de piezas de trabajo. El maquinado efectivo con NC de éstas superficies solo pueden llevarse a cabo en tomos altamente flexibles con CNC, centros de torneado de CNC y en centros de maquinado multieje (5 ejes) para las operaciones de fresado. Los portaherramientas y las herramientas son en el presente desarrolladas en base a sistemas de construcción de bloques con un arto grado de intercambiabillctad y con la posibilidad de combinar y reagrupar los elementos del bloque para obtener las configuraciones optimas de herramientas para aplicaciones particulares. Esto representa una situación extremadamente favorable para la aplicación de TECNOLOGÍA DE GRUPOS enfocada a la producción de portaherramientas y elemento de herramienta. Este trabajo le da atención especial a la utiHzación de superficies estandar de sujeción de los portaherramienta y de los elementos de las herramientas como bases tecnológicas para su producción automattca y flexible..

(3) 2. El laboratorio de control numérico, que ha sac:10 estabiecido junto con ei departamento de sistemas de manufactura de la División de graduados e Investigación del ITESM-CEM ésta equipado con maquinas altamente progresivas de CNC, manipuladores y con una maquina de medición de coordenadas. El analisis de los parámetros tecnológicos de las máquinas instaladas han mostrado resultados favorables con respecto a las demandas acerca de tecnología de herramientas antes mencionadas. El equipo instalado puede evidentemente fonnar una buena base para el desarrollo de una. CELDA. ROBOTIZADA. DE. MANUFACTURA. PARA. PRODUCCIÓN. EXPERIMENTAL AUTOMATIZADA DE HERRAMIENTAS. Las máquinas instaladas que nos dan la pauta a seguir con está idea son en primer lugar el centro de maquinado de 5 ejes con cambiador de pallet automático. y en segundo lugar, el tomo de 2 ejes de CNC. con 12 herramientas los cuales pueden ejecutar todas las operaciones tecnológicas de mayor importancia. Ya que prácticamente no tienen ninguna limitación en cuanto a la complejidad de las superficies a maquinar de las partes de herramienta y pueden ser convertidas en estaciones básicas de producción para una celda flexible. con. almacenamiento y manipulación automática de piezas de trabajo rotativas y prismáticas de la tecnología de grupos de herramientas y portaherramientas. Este trabajo se enfoca principalmente a la adaptación de los sistemas transportadores de bandas ya existentes en la celda de manufactura para el transporte de piezas de trabajo que estarán en constante flujo dentro del sistema durante el proceso de maquinado de las herramientas y portaherramientas, Aquí se propone una opción para el manejo de estás piezas buscándose en todo momento un mejor aprovechamiento de los reanos ya existentes. y tomando en cuenta crtterios tales como la economía, diseno,. calidad, etc. Esta adaptación sera hecha en base a utilizar de mejor manera los equipos, buscándose obtener adema una comunicación directa con el resto de los equipos existentes dentro de la celda. Esto se genera a partir del concepto de sistema flexible que dice: "Se denomina manufactura flexible de producción a aquel formado por maquinas e instalaciones técnicas, enlazadas entre sí por un sistema común de transporte y control, de forma que exista la posibilidad, en un determinado margen, de realizar tareas diversas correspondientes a piezas diferentes sin necesidad de interrumpir el proceso de producción para el reequipamiento del conjunto" En vista de. esta definición la importancia del trabajo ya que lo que pretendemos es. obtener este enlace común entre los componentes del sistema por medio del sistema de.

(4) 3. transporte, y ademas buscamos con esto tener un sistema de abastecimiento de materia prima y de almacenaje de piezas ya maquinadas, a fin de mantener el proceso productivo constante durante un periodo prolongado de tiempo sin necesidad de intervención de ninguna especie. Se debe de hacer referencia a que este trabajo es solo una parte de un proyecto de mayor magnitud en el que intervienen no solo los sistemas transportadores de bandas, sino todos los elementos constitutivos de la celda, teniendo todos estos trabajos un objetivo común, el de lograr hacer trabajar la celda de manufactura de manera completamente automática para la obtención de herramientas y portaherramientas tomando como base la tecnología de grupos..

(5) 4. INDICE. Introducción. 1. 1.Conceptos. 7. 1.1. Manufactura flexible, 7. 1.1.1. Sistemas de fabricación, 11. 1.1.2. Sistemas de producción Integrados por computadora, 12. 1.1.3. Sistemas flexibles de producción, 13. 1.1.3.1. Celdas flexibles, 16. 1.1.3.2. Componentes tecnológicos de una celda flexible de fabricación, 18. 1.2. Manejo de materiales, 20. 1.2.1. Tipos de necesidades de manejo de materiales, 21. 1.2.2. Sistemas de vehículos guíados autométicamente, 24. 1.2.3. Transportadores, 24. 1.2.4. Seleccionando el sistema de manejo de materiales adecuado,26. 1.2.5. Estaciones de trabajo, 30. 1.2.5.1. Estaciones de carga. 1.2.6. Equipos de transporte de piezas de trabajo, 31. 1.2.6.1. Pallets, 32. 1.2.6.2. Insertos, 32. 1.2.6.3. Herramientas, 33. 1.2.7. Transporte de herramientas, 33. 1.2.8. Robots, 33. 1.2.9. Almacenaje de espera en las estaciones de trabajo, 34. 1.2.10. otras lnstalaclones de almacenaje, 34. 1.2.11. Operadores humanos, 34. 1.2.12. Control computarizado, 35. 1.3. Tecnología de grupos, 35. y descarga, 31.

(6) 5. 38. 2. Cono. 2.1 2.2 2.3. Proceso de fabricación, 39 Dimensiones, 43 Etapas de maquinado, 44. 47. 3. Proyecto. 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.1.1 3.3.1.2 3.3.1.3 3.3.1.4 3.3.1.5 3.3.1.6 3.3.1.7 3.3.1.8 3.3.2 3.3.2.1 3.3.2.2 3.3.3. Disposición actual, 47 Disposición propuesta, 48 Elementos constitutivos, 52 Pallet, 52 Base de pallet, 53 Inserto de pallet, 5-4 Poste del Inserto, 5-4 Tuerca del poste, 55 Soporte para guias y poste, 55 Poste para U, 55. U, 55 Guras, 56 Elementos de conexión cuerda y poleas, 57 Base de poleas, 57 Mesa de rodamientos, 58 Equipo de control, 59. 4. Planos. 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4. 80. Pallet armado, 61 Base de pallet, 62 Inserto, 65 Poste, 69 Tuerca, 71.

(7) 6. 4.1.5. Soporte para guias y poste, 73. 4.1.6. Poste para U, 75. 4.1.7. U, 77. 4.1.8. Guías, 79. 4.2. Mesa de rodamientos, 81. 4.2.1. Simulación paso del pallet, 82. 4.3. Torre,83. 4.3.1. Flecha de torre, 84. 4.4. Dedos de gripper, 85. 87. 5. Costo 5.1. Costo, 87. 5.1.1. Pallet, 88. 5.1.2. Mesa de rodamientos, 88. 5.1.3. Torre,89. 5.1.4. Conjunto, 89. 8. Concluslones. 91. Bibliografía. 93.

(8) 7. 1 CONCEPTOS. En vista de que este trabajo hace mención de tópicos tales como manufactura flexible, tecnología de grupos, celda de manufactura, etc., Es necesario hacer mención de estos conceptos así como también de algunos principios en los cuales se fundamentan los resultados de este trabajo. Se incluyen no solo los conceptos antes mencionados sino algunos otros conceptos como es el CIM el cwll esta estrechamente relacionadas con las tecnologías actuales de producción.. 1.1. MANUFACTURA FLEXIBLE. Las caracterfsticas de un sistema de fabricación destinado a la producción de una cantidad (programada) de determinados tipos de piezas, astan condicionadas por las características de todos los componentes que forman el sistema, aar como por las características de la unión estructural existente entre los miamos. Como componentes del sistema han de ser considerados, junto a maquinas e Instalaciones, procedimientos de fabricación y programas de fabricación. La unión estructural ha de ser considerada tanto en su aspecto flsico como funcional..

(9) 8. Desde otro punto de vista, un sistema de fabricación puede estar destinado a la producción de un tipo determinado de pieza, o un espectro de estas. Puede igualmente ser automático o trabajar en forma convencional, valiéndose en gran medida, de la aportación de trabajo realizada por el hombre.. La tendencia clásica de optimizar la utilización de los factores tradicionales de la producción, hombre-máquina-material, esti siendo radicalmente renovada, en la actualidad, por la introducción de otros nuevos e importantes aspectos a considerar, como son: el energético, la diversificación de producto, las variaciones de la demanda en sus aspectos cuantitativo y cualitativo, la minimización de stocks, la uniformidad y garantra en la calidad de producto fabricado, etc. Todo ello ha dado lugar a la aparición de un nuevo concepto o tipo de producción que persigue, no sólo el dominio de cada máquina aislada y de cada proceso parcial, sino el dominio de todo el sistema de fabricación, en lo referente a sus componentes y a la conexión funcional de los mismos; su flujo de material y su flujo de información.. La solución adoptada para conseguir tales objetivos incluye dos medidas. Por una parte, la implantación en el sistema de una estrategia de control de tipo distribuido, basada en una red de minilmicrocomputadoras, en la utilización de maquinas y dispositivos controlables por computadora y en el establecimiento de una unión informática. en segundo lugar, la implantación de técnicas avanzadas de fabricación, basadas en un alto grado de automatización, compatible con una considerable flexibilidad y productividad del sistema. Mediante el nuevo concepto de fabricación, conocido como manufactura flexible, se consigue una solución de compromiso entre las cuatro caracteñsticas fundamentales en todo sistema de producción: automatización, flexibifidad, productividad y optimización de costos. Idealmente, serra deseable un alto grado de automatización para abaratar el producto; una gran flexibilidad, para poder fabricar series medianas y pequenas de piezas con un costo semejante al de las grandes series y para poder ofrecer familias de un mismo producto sin incrementos apreciables de precio y, finalmente, un considerable grado de coordinación entre todos los medios implicados en el proceso de producción (maquinaria, instalaciones, elementos de gestión, etc.), para lograr optimizar la actuación global..

(10) 9. Las sistemas flexibles de producción, FMS (Flexible Manufacturing Systems), consiguen, en gran medida, trabajar en condiciones próximas a las consideradas como ideales. El concepto de FMS fue introducido por Dolezalek en 1967 y los primeros sistemas flexibles de fabricación se pusieron en funcionamiento al final de los anos sesenta. Fueron una consecuencia lógica del enorme desarrollo experimentado por las técnicas de control numérico y los mini/microcomputadoras. Aunque no existe acuerdo unánime sobre la definición de sistemas flexibles de producción, una de las más difundidas es la siguiente: "Se denomina sistema flexible de producción a uno formado por máquinas e instalaciones técnicas, enlazadas entre sJ por un sistema común de transporte y control, de forma que exista la posibHidad, en un determinado margen. de realizar tareas diversas correspondientes a piezas diferentes sin necesidad de interrumpir el proceso de producción sino para el reequipamiento del conjunto". El elemento determinante del sistema es la flexibilidad; en el sentido de permitir la fabricación, sucesiva y sin interrupciones, de espectros de piezas, sin requerir un proceso adicional de equipamiento y reestructuración de máquinas e instalaciones. Junto a las ventajas presentadas, es necesario destacar que, un grado de automatización tan elevado como el que se, requiere en un FMS necesita de un gran esfuerzo en la preparación del necesario y adecuado software, especialmente si se desea realizar un control riguroso del desarrollo del proceso. Los sistemas flexibles de producción astan concebidoe, fundamentalmente, para servir a la fabricación por lotes de tipo medio o pequeno; su posición dentro del contexto de los actuales sistemas de fabricación esta reflejada en la fig 1.

(11) 10. Magnitud del lote Simi~tud de pimes Línea transter rígido. Alto Fabricaci6n. en aeriel peque~, Meda. sill:ema llmable de tablar.i6n. F~. Fabricacidn en. alpu. :saienurillidm. Baia. Medio. Ato. Flg. 1 Don*1lc> de utlr.actón de lo& dlstlrtos sistemas de fabr1cación. La productividad méxlma se consigue con le linea trensfer de unlOn rfglda, o con méquJnas especiales. Esté clase de sistemas est1Jn pensados para la fabrlcaclOn de gran número de piezas Iguales, o con muy llgeras var1antes. Las lineas transfer de enlace flexible entre sus elementos cubren la gama de fabrlcaclOn de piezas de caraderrsttcas geométricas y tecnol6glcas bastante parecidas en lotes de Upo medio o grande. Ambos ststemn esfjn estrechamente llgados al espectro de piezas a fabricar de modo que, variaciones en el mlmero de piezas a producir o en el tipo de las mismas pueden realizarse llnlcamente a través de una reconflguraclOn o reequlpamlento del sistema. Frente a estos sistemas se encuentra el proceso de fabrlcaclOn especfftca en taller, que ofrece una alta ftexlbllldad con el Inconveniente de un costo elevado por pieza..

(12) 11. Ninguno de los sistemas contemplados pueden atender a la fabricación por lotes de piezas de tipo medio con costo aceptable y flexibilidad adecuada para producir un espectro de piezas suficientemente amplio, que se adapte a las exigencias actualmente impuestas por las rapidas variaciones del mercado. Para cubrir tal laguna se desarrollaron los FMS, que unen junto a una fabricación altamente automatizada una fabricación flexible en serie. 1.1.1 SISTEMAS DE FABRICACIÓN En un sistema de fabricación, contemplado desde los aspectos propios de la tecnología que nos ocupa, cabe distinguir dos etapas fundamentales: la del maquinado o conformación y la de montaje o ensamblado. En la etapa o proceso de conformación, piezas de materiales diversos son maquinadas según especificaciones geométricas concretas o adecuadas en sus características ffsicas, de forma que puedan servir como componentes para ser montadas en la segunda etapa y dar lugar a productos específicos. Un sistema de fabricación puede definirse en función de su estructura formal, su entorno y sus limitaciones respecto del tiempo. La estructura esti formada por una serie de elementos del sistema y las relaciones existentes entre los mismos. como en todo analisis, conviene poner en este caso un límite al sistema de fabricación separandole de su entorno. Entre ambos existen una serie de ligazones, denominadas operandos de entrada y de salida. Las limitaciones respecto del tiempo se refieren a la duración de sus elementos y relaciones y, también, a la posible variación del tipo de fabricación a realizar. La estructura de los modernos sistemas de fabricación suele ser en forma de celda, de forma que, a través de mallas pueden configurarse subsístemas y macrosistemas. La unidad autónoma de fabricación de tamano mas reducido es la celda que puede ser considerada como un sistema elemental de fabricación capaz de realizar una determinada tarea. Los operandos de un sistema de fabricación dan lugar a un flujo de información, un flujo de material y un flujo de energía. Como operandos materiales de salida cabe.

(13) 12. considerar tanto piezas y propiedades de materiales, como componentes complejos, módulos constructivos o productos completos. Las ·estructuras de producción son determinadas por las propias características de ésta producción sobre almacén o bajo pedido, fabricación de piezas aisladas en serie o en masa. En el caso de la fabricación en serie la solución óptima se consigue a través de la flexibilización; en el caso de la fabricación en masa mediante la especialización.. La complejidad de los sistemas de fabricación aumenta lógicamente, en función de las prestaciones solicitadas. Un caso concreto es el de los modernos sistemas de fabricación controlados por computadora con sistema integrado de información, CIM (Computar lntegrated Manufacturing).. 1.1.2 SISTEMAS DE PRODUCCIÓN INTEGRADOS POR COMPUTADORA En este tipo de sistemas las posibffidades que ofrece el tratamiento de la información mediante computadora son utilizadas, no solamente para controlar el proceso de fabricación, sino también para controlar el conjunto del proceso de producción, considerado como un sistema cerrado. Para lograr tal fin, los sistemas CIM se valen de computadoras situadas en las diversas areas relacionadas con el proceso de producción; desde la planificación de la producción, pasando por el diseno y fabricación del producto, hasta las pruebas para asegurar la caHdad del mismo. La flexibilidad se consigue mediante el acoplamiento y sincronización del flujo de datos e información con los medios automatizados de fabricación, transporte y almacenamiento a travk de redes locales LAN (Local Area Network), que permiten realizar la conexión, vra computadoras, entre los diversos subsistemas. En síntesis, puede decirse que el proceso de producción de un determinado producto en un sistema CIM, comprende una serie de acciones que pueden agruparse en los cuatro siguientes bloques funcionales: a) de ingenierra, para el desarrollo y proyecto del producto y la elaboración de la documentación y planos necesarios para su fabricación..

(14) 13. b) de control del programa para llevar a cabo la fabricación del producto (logística). c) para realizar el control y supervisión de las diversas tareas que constituyen el proceso de fabricación propiamente dicho. d) para la ejecución del programas a fin de asegurar la cantidad de producto fabricado. Todos los bloques han sido plasmados en el esquema funcional bésico representado en la fig. 2. E~ionn. .. Plarñ:ación gamrel de la prDlbx:i6n. CAD Desanolo Proyecto. Datos de. Acpre_,.Kión. c.--1. ,. ~. l. Dalos. PPC Dalrlllbele. Planiñc«i6n 'J control del progrlm9 de prorucción flogÍ.G). ·~. ... s~,.. la fablicaci6n. gar..tia de la. PlonH de npcc-. caided. ci6n 'J medida. '• Dalos edado. de. f'AQ. CAP PlanilicaciOn de. real dela l)IOCU:ión. ~--.N~ Planee lrablio Piara illoec. ,.. CAM Como11 ~ de llllabricaci6n A ~ .11 lr••1im'II,... _~·., de datgs. Dato.para. e~ Dalo&de. --. c.--1. Fig. 2 Escp9fflll fWICianal de l.l'I siltema con CIM. 1.1.3 SISTEMAS FLEXIBLES DE PRODUCCIÓN (FM8) En la actualidad puede decirse que los diversos FMS existentes han sido concebidos y disenados para realizar tareas de fabricación bastante concretas localizadas sobre objetivos que, en gran medida, dependen de la configuración geométrica, tamano. y. volumen de producción de las piezas a ser maquinadas, o del concepto seguido en el.

(15) 14. proceso de producción. Tal circunstancia ha dado lugar a la aparición de una gran variedad de sistemas, lo que representa un grave impedimento para establecer una clasrficación clara y sistemática de los mismos. Sin embargo, desde un punto de vista inmediato, como es el de su disposición de máquina~erramienta o estaciones de maquinado y del sistema de transporte que enlaza las mismas, puede establecerse la clasrficación siguiente: sistemas de configuración radial sistemas de configuración en Hnea y sistemas de configuración en bucle.. Efi. ~-. Tipo 1'811. flg. 3 tipos dNersos de FMS. En el sistema de configuración radial las diversas máquinas estan instaladas en tomo a un equipo de medida y un robot (o elemento similar) que efectúa las tareas de carga y descarga de piezas, atiende el cambio de herramientas, manipulación, etc. Cada máquina dispone de su propia microcomputadora e igualmente el robot, lo que permite controlar la secuencia de trabajo establecida, a través de la red informática que se crea al conectar los microcomputadoras entre sr. Un sistema de está clase es adecuado para la producción de piezas muy similares que requieren variaciones pequenas en la secuencia de trabajo. Lógicamente una configuración de este tipo no esta pensada para un número grande de maquinas pero se puede estrucb.Jrar un conjunto potente por asociación adecuada de un determinado número de sistemas sencillos. En el sistema de tipo linea las maquinas--herramienta estan dispuestas a lo largo de una linea de transporte, por lo cual son enviadas las piezas a las estaciones de carga y descarga o a los almacenes intermedios, encargados de cubrir las necesidades de cada máquina-herramienta. Esta clase de sistemas ocupan menos espacio, permiten el transporte de piezas pesadas mediante el uso de vehículos guiados (automáticamente o no) de características adecuadas. El transporte utilizado es importante, en el sentido de que podría resultar limitada la flexibiHdad. y rendimiento del sistema como consecuencia.

(16) 15. de la elección realizada. soluciones en lfnea son adecuadas para sistemas flexibles de volumen medio con piezas pesadas. En el sistema de configuración en bucle, con una disposición de transporte de uno o varios bucles se atiende a las estaciones de carga y descarga, los almacenes, las máquinas-herramienta, los almacenes intermedios, etc. Con este tipo de configuración se puede construir sistemas flexibles de grandes dimensiones, en los que pueden realizarse variadas secuencias de operaciones debido al fécil acceso a cada méquina-herramienta. Se requiere sin embargo, una planificación de las operaciones muy elaborada para que el sistema actúe eficazmente. La estructura de los sistemas flexibles de producción puede ser analizada contemplando sus flujos de material y de información en forma específica y analizando, posteriormente, las interconexiones que ligan a ambos. La figura 4 muestra un sistema flexible de producción con sus correspondientes subsistemas y flujos de material e información. t.FORMACIOl'Ei (Pedidos, medios de producel6rl dmrtlucal dl:l lrabajg, rnataa). r-------------------------SISTEMA DE N"ORMACION. 1 I. 1. 1. 1. s;..,. IX ~ IX ll'IIR!'ial. I. ----+------1----------J. I. l -. I. '. -. -. Sldl!lma. ~ -. -. I. 'SIS1BIA rE EM:RQA l -. -. -. -. -. -. -. -. '. ..L. -. ''. -. -. -. -. -. 1•1 Flg. 4 FMS con sub6istema& y flujo& de materlal e lnfannactón. -. - -. -. -. -. -.

(17) 16. Desde un punto de vista técnico, en un FMS se dispone de un grupo de máquinas e instalaciones, controlables por computadora, enlazadas entre sí funcionalmente por un flujo de material, y controladas y supervisadas a través del flujo de información que establece una unión informética entre las mismas. El flujo de material abarca a todos los procesos de movimiento y almacenado necesarios para realizar la carga y descarga de las diversas estaciones de trabajo, en cuanto se refiere a materiales, piezas, elementos auxiliares para la fabricación. y residuos.. El flujo de información sirve para establecer la unión informética que se materializa a través del tratamiento de la información que proviene de los dispositivos y elementos integrantes del sistema de control de FMS. El enlace técnico-informético se consigue, generalmente, mediante sistemas de control numérico directo, DNC (Direct Numerical Control) y de control de robots desde computadoras externas que, de una manera centralizada, gestionan y distribuyen la información requerida para realizar el control de varias estaciones de trabajo. y del flujo del material, así como la captación y elaboración. de datos específicos tomados del propio proceso, para mantener la supervisión de éste. La coordinación y distribución de tareas se establece teniendo en cuenta los datos técnicos e información obtenidos de los flujos de material y de información y se ejecuta a través de microcomputadoras y unidades de control programables.. 1.1.3.1 CELDAS FLEXIBLES. La definición que puede ser utilizada para definir a una celda o sistema flexible de manufactura, es la siguiente: "Es una cuidadosa combinación de control computanzado, comunicaciones, procesos de manufactura y equipos relacionados que cubren aspectos orientados de tal manera que puedan responder rapida. y económicamente, de una manera integrada, a los. cambios significativos en su ambiente de operación. Tales sistemas tfpicamente incluyen: equipo de proceso (por ejemplo, méquinaH"terramienta, estaciones de ensamble, robots, etc.) equipo de manejo de materiales (por ejemplo, robots, transportadores, vehículos guiados autométicamente, etc.) un sistema de comunicación y un softsticado sistema computarizado de control..

(18) 17. Una celda flexible esta normalmente integrada por una o varias maquinas y dispositivos, destinados a ejecutar la misión principal asfgnada a la misma, y por los correspondientes elementos periféricos para la realización, automatizada y autarquica, de uno o varios ciclos de trabajo incluidos los procesos de manipulación, transporte y almacenamiento intermedio. Entre las celdas más comúnmente utilizadas se encuentran las siguientes: 1) Celda flexible de maquinado. Se emplea para realizar operaciones de maquinado o asociadas con ellas. el maquinado se realiza con m~quinas-herramienta dotadas de control numérico o con robot& que portan la herramienta en su extremidad. Para la carga. y descarga de las máquinas es habitual utilizar robots manipuladores. 2). Celda flexible de ensamblado y montaje. Se utiliza para operaciones de. ensamblado de subconjuntos o de producto final. La característica más destacada de este tipo de celdas es la utilización de robots de gran rapidez y precisión dotados de sensores (ópticos, de esfuerzos, téctiles, de proximidad, etc.). El proceso de ensamblado es muy dificil y delicado a causa que las pequenas tolerancias entre componentes. Este tipo de celda incluye normalmente, varios robots que trabajan en paralelo. 3). Celda flexible de soldadura. En ella se realizan varias operaciones de soldadura. con la ayuda de robots. el robot puede portar el dispositivo de soldadura y soldar diversas piezas o bien puede alimentar a varias máquinas de soldar, efectuando las tareas de seguimiento del dispositivo de soldadura, carga y descarga, transporte, etc. 4). Celda flexible de pintura. Se basa en la utilización de uno o varios robots, cuya. programación, habitualmente, se realiza por aprendizaje del movimiento del brazo de un operario especializado, mientras este efectúa la labor de pintura. Las operaciones realizadas por el operario quedan memorizadas y pueden ser repetidas indefinidamente en forma automática. 5). Celda flexible de visión. Este tipo de celdas pueden desempenar dos cometidos. diferentes, reconocer o identificar piezas o realizar un control de calidad de las mismas. Utilizan, normalmente, cámaras de televisión (de matriz o de línea), microcomputadoras para el tratamiento de la información visual y algoritmos específicos para identificación o reconocimiento de formas. como sensores de visión pueden formar parte, también de otros tipos de celdas flexibles..

(19) 18. Dada la gran diversidad de celdas existentes, resulta practicamente imposible estructurar una composiciOn metodolOgica que abarque los campos de acciOn de todas y cada una de ellas.. 1.1.3.2 COMPONENTES TECNOLÓGICOS FABRICACIÓN. DE. UNA CELDA FLEXIBLE. DE. El trabajo que normalmente se asrgna a una celda flexible de fabricaciOn es mecanizar o conformar pequenos lotes de un determinado espectro de piezas, en forma totalmente automatica. Para ello, deben ser complementados algunos de los aspectos tecnolOgicos de las maquinas de control numérico convencionales incluidas en la celda, mediante componentes y dispositivos que permitan realizar las siguientes funciones: preparaciOn automatica de los medios de producciOn (material e informaciones); manipulaciOn automética de piezas, mordazas y elementos de medida; control automético de seguridad en la calidad y, finalmente, supervisión y diagnóstico, también automatizados, de la realización del proceso. La preparación automética de los medios de producción significa tener en estado operativo a herramientas, mordazas, elementos de medida, etc .. La manipulación de piezas exigiré el estudio de problemas del transporte y amarre de las mismas, organizaciOn de almacenes, etc. La preparaciOn de informaciones comprende la captación y gestión de todos los datos necesarios para el control de la celda, en lo que se refiere a la realización del proceso de maquinado, asr como los datos necesarios para realizar las correspondientes manipulaciones, tanto de piezas como de herramientas y elementos de medida. Las condiciones expuestas pueden ser plasmadas en una serie de prestaciones que la celda ha de dar en sus diversos dominios funcionales, lo que condiciona y determina el tipo y caracterfsticas de los diversos elementos integrantes de la misma. Pueden considerarse como punto de partida los elementos encuadrados en las siguientes areas: maquinaria, transporte y almacenamiento, manipulación automética de piezas, cambio automatico de herramienta, y supervisión e inspección del proceso. El tipo de maquinaria que se utilizan en una celda flexible de maquinado es exclusivamente de control numérico, con posibilidad de realizar control numérico por.

(20) 19. computadora, CNC {Computer Numerical control). y DNC. De ella se exige gran robustez. y gran rapidez, maquinados precisos y alto grado de repetitividad, modularidad, etc. Sobre cada configuración básica suelen existir importantes opciones, tanto mecanicas como en el sistema de control, lo que permite realizar la supervisión del proceso de maquinado, el cambio automático de herramienta, el control del estado de herramientas, etc. con dispositivos aportados por la propia máquina. Por lo que se refiere a elementos de transporte, su objetivo es la transmisión de piezas entre celdas o entre celdas y almacenes. Existen diversos dispositivos que se pueden. catalogar. en. dos. grandes. grupos;. convoyes. o. vehículos. guíados. automáticamente. Entre los primeros se encuentran las soluciones clásicas como las cintas transportadoras, rodillos, dispositivos neumáticos, etc. Se trata, en general, de sistemas bastante rígidos, aunque controlables, si se desea por el computadora de transporte. Los segundos por el contrario, aportan un elevado grado de flexibilidad al sistema. cuentan con caminos prefijados por carriles, cable enterrado o marcas ópticas, que les permiten llevar a cabo. la tarea. encomendada,. bajo. el. control. del. microcomputadora que lleva el propio vehículo. Son vehículos autopropulsados mediante un sistema de baterías situadas a bordo y motores de tracción y dirección controlados también por su computadora. Los FMS manejan espectros de piezas cuya variación en cuanto a peso y forma suele ser relativamente amplia. en lo referente al peso cabe distinguir piezas de peso bajo (hasta unos 5 kg.), de tipo medio (entre 5 y 100 kg.) y de peso alto (superiores a 100 kg.). En el transporte de las piezas de tipo medio. y alto suelen amarrarse la pieza a un. portapiezas con dispositivos especiales de fijación, específicos de cada famma de piezas. Las piezas pequenas pueden transportarse libremente o también sobre portapiezas. En todo caso, el tema de la normalización del transporte de piezas, mediante elementos portadores de éstas, si como la definición de los elementos de fijación y amarre o el de reconocimiento de éstas, si las piezas se transportan libremente. En cuanto al almacenamiento, la celdas flexibles de fabricación suelen disponer de dos almacenes intermedios de regulación, uno para las piezas que van Negando y otro para las piezas que salen maquinadas. dichos almacenes son, o bien controlables por computadora o tienen las piezas, o portapiezas en su caso, situadas en posiciones conocidas alcanzables por elementos de manipulación automatizados, como por ejemplo robots. Para el almacenamiento de herramientas, las mismas máquinas, o bien la propia celda, disponen de almacenes automáticos especiales controlables por computadora, que.

(21) 20. permiten la selección y posicionamiento de la herramienta requerida ante el elemento manipulador correspondiente o la recogida de las herramientas desechadas. Dentro de una celda flexible de fabricación, la manipulación que suele realizarse con las piezas es su alimentación o retirada de una máquina-herramienta del dispositivo de inspección y control de calidad de la instalación de lavado, de los almacenes secundarios, etc. El elemento técnicamente más adecuado para realizar tales operaciones en forma automática es un robot industrial. Como elementos menos flexibles, pero de gran eficacia para realizar tareas de tipo alimentación-retirada, en celdas de alto grado de automatización y no mucha flexibilidad, cabe considerar los sistemas de palletización con manipuladores o con robots. El cambio de herramienta puede ser automaticamente realizado por el dispositivo CNC, de cada máquina, en función de la información recibida del sistema de medida de la máquina o en el de la propia celda. Finalmente el sistema de supervisión o inspección reaUza su labor durante el proceso de fabricación, para tener seguridad en lo que se refiere a producto acabado, evitando asr el control final. Las funciones que, normalmente, se realizan suelen ser de medida automática de las piezas, durante el proceso de maquinado mediante palpadores electrónicos específicos, la alineación automatica de las piezas, por comparación entre las medidas realizadas con palpador entre dos puntos cualesquiera de la pieza, el reglaje automatico de herramientas mediante palpador que controla la herramienta en el instante anterior a su utilización y después de esta y, finalmente, el control de la vida de la herramienta esta actuando y sustituyéndola cuanto ésta alcanza el tiempo de vida útil, o midiendo magnitudes auxiliares cuyo valor anormal haga presumir un desgaste importante en la herramienta.. 1.2. MANEJO DE MATERIALES. Uno de los motiVos primordiales para el desarrollo de un FMS es el de asegurar que las transformaciones de un material en bruto a partes acabadas sea rápido, eficiente. y controlado. Para esto, ciertamente depende mucho de la eficiencia y adaptabilidad de. alBLIOTECA. ~.

(22) 21. los diversos procesos de manufactura. Es verdad que la eficiencia de los sistemas de manejo de materiales los cuales dictaminan la eficiencia restante de un FMS. Adem~s, se ha sugerido que aproximadamente un tercio de los costos totales de manufactura es absorbido por el costo de equipos sucesivos de manejo de materiales (esto incluye los costos finales de distribución).. 1.2.1 TIPOS DE NECESIDADES DE MANEJO DE MATERIALES Usualmente, junto con un FMS existen una variedad de equipos para el manejo de materiales ha ser desarrolladas. Algunas de estas son virtualmente preparadas, a partir de que estas llegaron a ser una parte integral de una pieza particular del equipo de proceso. La selección de las otras es casí completamente a decisión del disenador. Dentro de todo, existen cuatro tipos principales de equipos de transporte a ser nombrados: 1.. Transporte entre diferentes sistemas. 2.. Transporte entre diferentes subsistemas junto con el mismo sistema. 3.. Transferencia entre las estaciones de trabajo juntando los diversos subsistemas. 4.. Transferencia junto con las mismas estaciones de trabajo A pesar de que puede parecer deseable el nombrar todas estas categorías. simultaneamente junto con la misma solución, esto no es posible, junto con la mayoría de los sistemas, debido a la ampUa variedad natural de los equipos concernientes. Por esto, es deseable una mezcla de sistemas de manejo de materiales junto con algún FMS Los sistemas de manejo de materiales deben de poder llevar diferentes tipos de carga, aparte de los que solo llevan partes. Además, algunos de estos equipos pueden tener mayores requerimientos, debido a las necesidades en cuanto a la velocidad de entrega comparada con la transferencia de piezas de trabajo. O que, los componentes pueden manejar los materiales, debido a que estos pueden ser o muy grandes o muy pequenos, o posiblemente por que son peligrosos, en cuyo caso los requerimientos de seguridad debe de ser rigurosos por lo que el equipo se welve considerablemente més complicado..

(23) 22. Como en el caso con la mayoría de los aspecto del diseno de un FMS, un número de algunas veces factores contradictorios deben de ser tomados en cuenta de manera colectiva antes de que una decisión sea tomada para tomar un tipo particular de sistema de manejo de materiales. A continuación se mencionan los tipos principales de cargas de los cuales la mayoría si no es que todos los sistemas deben de cargar. Piezas de trabajo *. Herramientas. •. Elementos de sujección. •. Refrigerantes y lubricantes. •. Equipo misceláneo. *. Personal(?). Los siguientes puntos son para identificar los factores que son de particular importancia y que deben de ser optimizados cuando se selecciona un sistema de manejo de materiales. Este análisis tendrá un atto grado de la dependencia de aplicación; los factores principales los cuales típicamente tendran relevancia serán los siguientes:. *. Velocidad en la cual las transferencias ocurrirán Frecuencia a la cual las transferencias ocurrirén. *. Requerimientos de volumen y peso de la carga. •. Precisión requerida de la localización de los componentes. *. Precisión requerida del sistema de soporte del transportador. *. Número de elementos que integran la carga. *. Los requerimientos de manejo de la carga.

(24) 23. *. Posibilidad de flexibilidad y extensibilidad. *. Permanencia del sistema. *. Requerimientos de seguridad, necesidades de supervisión, mantenimiento. Los tipos de sistemas de manejo de materiales que mas comúnmente se. encuentran junto con un FMS usualmente caen dentro de las seis categorías mostradas en la fig. 5. Ce cualquier manera, se debe hacer notar de que a pesar de que los sistemas de manejo de materiales tienden a ser diflciles de clasfficar, debido a que todos ellos son capaces de ser significativamente alterados para cubrir un determinado uso, la conversión resulta en un mayor versatilidad.. TIPO DE CARGA. CAPAOOAO. VELOOOAO. DE CARGA. DE RUTA. DISCRETA. ALTA. MEDIA. GUIADOS EN RIEL.ES. DISO'lETA. ALTA. ALTA. TRANSPORT.. CONTINLIA. 11,tJA.. 1».JA.. MEDIA. ALTA. ALTA. IIAJA.. MEDIA. MEDIO· ALTO. IIAIA. MU'r' ALTA. BAJO. MU'r' ALTA. ALTA. BAJO. ALTA. TIPO. ROBOT. DISCRETA. R..E><IBIUOAO. COSTO. VERSATILIDAD. ALTA. MU'r' ALTO. ALTO. MU'r' ALTO. ALTA. 1».JA.. MU'r' ALTA. MEDIA. MEDIA. MANLIAL. DISO'lETA. ~. MONTACARGAS. DISO'lETA. 1».JA.. MEDIA. MEDIA. fig. 5 Categor1as de los siltemas de mane;o de materiales. La selección de uno de los medios de transferencia casf depende completamente de los requerimientos debidos a la carga a ser acarreada. Pero una vez que la selección ha sido hecha, se deben hacer otras selecciones para cumplir con los requerimientos de estos sistemas que seran integrados con el primero. Las secciones siguientes muestran.

(25) 24. algunas conclusiones generales acerca de los atributos y la aplicabilidad de los principales tipos de sistemas de transporte de material.. 1.2.2 SISTEMAS DE VEHÍCULOS GUIADOS AUTOMÁTICAMENTE (AGVs). El AGV's es probablemente la forma más común escrita acerca de transporte de material para ser implantado dentro del conjunto de equipo de atta tecnología en un diseno potencial de FMS. A pesar de que los vehículos guiados aparecen en una amplia variedad de diferentes presentaciones, el principio básico en el cual estos operan es muy similar. Esencialmente un vehículo guiado es un vehículo operado por baterías, que tiene como objetiVo el cargar una cantidad de bienes de una locación a otra, automáticamente. Estos usualmente operan a lo largo de una ruta predefinida, o un conjunto de rutas, lo cual puede permitir una cantidad de flexibilidad en la rutas que esta hace. Tipicamente los vehículos son extremadamente largos, pero para algunos trabajos se han desarrollado versiones más pequenas. Las baterías que llevan a bordo los vehículos duraran varias horas (usualmente entre 6 y 9) de operación continua entre recargas. Frecuentemente, la recarga es completamente automática cuando el vehículo simplemente se traslada a una locación especial de recarga, donde el contacto con conexiones especiales en el piso permiten que la recarga ocurra.. 1.2.3 TRANSPORTADORES. Todo mundo esta familiarizado con los transportadores en una forma o en otra. Después de todo, estos se encuentran en uso en casr cualquier parte, en fabricas, aeropuertos, centros comerciales. De cualquier manera, probablemente poca gente ha tomado tiempo en pensar cuantos diferentes tipos de transportadores hay en existencia. La razón principal del porque los transportadores son tan numerosos es que estos son relativamente poco costosos y es un medio que posibilita el transporte de cargas. Cuando los sistemas complejos deben de ser controlados por una computadora especializada o especializada en parte, la mayoría son controlados por controladores lógicos programables (usando control lógico preferiblemente que lenguajes computacionales de alto nivel). Cualquiera de estos pueden ser utilizados mediante el uso de interfaces ha otros controladores lógicos programables y/o computadoras de alto nivel por sobretoda coordinación. De cualquier manera la función de los transportadores por si misma es.

(26) 25. relativamente de un mismo tipo, del hecho de que puede existir una amplia variedad de diferentes caminos, el control total de los transportadores puede ser bastante dfficil. Asf como en un sistema AGVS donde la mayoría de la inteligencia se construye junto con el vehfculo en sf mismo vía el microprocesador de control o la computadora de control AGVS, la inteligencia del controlador para un sistema de transportador necesita ser provisto de otra manera. Esto es usualmente mediante una provisión de un gran número de sensores alrededor del transportador, todos conectados a el sistema de control de transportador. Estos pueden ser uülizados posiblemente para sensar un número de un pallet, o tal vez su localización precisa para que está pueda rotar hacia la parte correcta del sistema. Este es un sensor y accionador y/o tecnología de ruta la cual frecuentemente hace mas complicada la implementación de un sistema sofisticado de transportadores. ciertamente estos factores tienen un considerable impacto en los costos totales del sistema, posiblemente siendo significativamente mayores que el costo del hardware del transportador en sf mismo. Ciertamente, los transportadores existen en una ampüa variedad de formas, por ejemplo, de tipo monoriel, empujados y libres, motorizados y libres, cadenas impulsoras subtemineas, bandas de piso, alimentados por gravedad, transportadores de banda, cadenas plésticas, por mencionar solo unas pocas de las mas comunes sistemas industriales. Todos estos sistemas tienen la capacidad de trabajar con una gran variedad de tamanos, capacidades de carga, (en términos tanto de volumen como de peso) y diferentes velocidades. De cualquier manera, a pesar de la considerable variedad en las características. flsicas. de. todos. estos. tipos. de. sistemas. transportadores,. las. características de control de alto nivel continúan siendo remarcablemente similares. esto es solo cuando la lógica actual de control y la información de los sensores es considerada para la naturaleza de la aplicación específica y la complejidad del sistema que llega a aparecer. Un sistema transportador no puede ser tan flexible como un AGVS, de cualquier modo, cuando las necesidades de transportación se presentan frecuentemente, los transportadores significan un medio de solución para el problema de transferencia en el trabajo. Como resultado de su simplicidad mecénica, los transportadores tienden a ser muy rentables y de disenos cuidadosos, estos pueden ser fabricados para transportar cargas de manera extremadamente eficiente. y flexible. Como es usual, una de las llaves. del éxito en cualquier sistema sofisticado es la experiencia del proveedor junto con la calidad y la aplicabilidad de el diseno en si mismo, y donde los transportadores estan.

(27) 26. dirigidos, la experiencia es particularmente relevante. Una vez que el transportador ha sido disenado e instalado es extremadamente diffcil y prohibitivamente costoso el alterar la características fundamentales de operación. Debido a la gran variedad de opciones de sistemas de transportadores disponibles, es virb.Jalmente imposible hacer mención de las magnitud de los caminos de selección existentes para un disenador potencial de un FMS. Todos los tipos de transportadores tienen ventajas particulares en ciertas aplicaciones pero muchos de estos pueden ser más adecuados para situaciones partrculares, o bien, cualquier tipo de sistema puede ser igualmente apropiado. El mejor camino en estas circunstancias es contactar a tantos. y ver que nivel de correlación existe entre sus propuestas. Si un sistema base está siendo usado para coordinar el suplemento de equipo y de mano de. fabricantes como sea posible. obra, se debe tener cuidado para asegurar que los objetivos relevantes del sistema sean claramente entendidos. Desde que los transportadores han sido usados de manera tan amplia no existe un tope de las bases de experiencia en el diseno, debido a las demandas impuestas por el FMS. y debido a que los requerimientos son significativamente diferentes. la aproximación es usualmente adoptada.. 1.2.4 SELECCIONANDO EL SISTEMA DE MANEJO DE MATERIALES ADECUADO El número de sistemas de manejo de materiales y los modos viables en los cuales estos pueden ser combinados son numerosos. La única manera de asegurarse que las opciones consideradas son todas las existentes es por medio de la consulta de las publicaciones técnicas y por medio de la consulta a todos los posibles proveedores y manufacturadores de los productos apropiados. Antes de relacionarse uno mismo con un sistema particular o combinación de sistemas, se deben de tomar varias consideraciones de las reglas de los FMS. Esto no solo significa establecer la distribución ffsica del equipo de proceso, sino además la localización de aquellos requerimientos como son la distribución de líneas de alimentación de poder, líneas de suministro neumático y posiblemente incluso los sistemas temporales removibles cuando se puede pensar en un sistema AGVS a futuro. La localización de máquinas-herramienta. y coordinar las referencias de los equipos de medición que se. encuentran en constante movimiento lo cual puede ser un factor relevante. Si el sistema FMS va ha ser instalado en un "green-field site" con un edificio construido para este propósito, entonces las restricciones junto con los sistemas a ser situados pueden ser no.

(28) 27. significativos. De cualquier manera, si el sistema va a ser localizado junto con una instalación ya existente, aquellos factores como son los pilares estructurales pueden ser severamente restrictivos con las opciones de distribución. Además, el impacto de los requerimientos de mantenibilidad, seguridad del operador, acceso del operario, y la interrupción de una instalación de producción existente. y completamente operacional no debe de ser restringible. Si la mezcla de partes debe estar de tal forma que pueda ser substancialmente alterada durante la vida del FMS, este puede ser considerada para facilitar que el equipo sea relocalizado para la instalación de nuevos requerimientos de los componentes. Después de que todas las posibilidades relevantes han sido investigadas, se debe hacer una pequena lista de los sistemas viables de manejo de materiales, sus combinaciones y los proveedores que pueden suministrarlos. en estas circunstancias, si por ejemplo, las consideraciones del costo no determinan la respuesta definitiva a el problema, aquellos factores como son el grado de especialización del sistema, la proximidad y experiencia del vendedor, riesgos técnicos, etc. deberán ser tomados en cuenta para ayudar a tomar la decisión. Posiblemente la factibilidad de distribución y opciones de manejo de materiales pueden ser basadas en filosoflas completamente distintas. Por ejemplo, un sistema basado en AGV puede ser buscado para minimizar la transferencia de material entre estaciones de trabajo, cuando en un sistema de transportadores se puede desear el maximizar estas transferencias. Si todos estos factores aparecen efectivamente de igual manera, se deben de tener consideraciones en la influencia de algunos otros factores como son: *. Si una parte del sistema falla, ¿Qué tan fécil es mantener la operación de la parte. restante del sistema?. *. ¿Existe intervención manual para seguir adelante durante el mantenimiento ya sea. planeado o sin planeación?. *. ¿Qué tan confiable se espera que sea el sistema? Por ejemplo, ¿Existe algunos sensores con tecnologías innovativas incorporadas al sistema en las áreas más funcionales? *. ¿Qué tan complejo es el sistema de control que es requerido?.

(29) 28. *. ¿ Cuáles son las implicaciones de seguridad y protección?. *. Si es considerado un sistema AGV, ¿Cual es el efecto de recargar los tiempos, y. las estaciones de recarga pueden ser colocadas cerca de areas de trafico ocupadas? *. ¿Cual es el efecto de la sobrecarga de trafico junto con el sistema, esto es, Como. se comporta el sistema de transporte en las peores situaciones? *. ¿Cual va a ser el impacto de la selección del herramentaje, uniones y. requerimientos de apriete del sistema de manejo de materiales. (Después de todo este va a ser un punto determinante del costo y selección de un sistema particular de manejo de material el cual puede reducir de manera significativa la cantidad de herramentaje requerido especializado, etc.)?. *. ¿Qué tanto espacio de piso ocupara el sistema? Factores como estos, y la lista no es del todo completa, pueden ser. suficientemente relevantes para clarificar una decisión de un sistema de manejo de materiales que de otra manera seria muy compleja. Teniendo cuidado con el orden en el cual las estaciones de trabajo deben de ser colocadas junto con su distribución solo existen algunas reglas básicas las cuales tienen un impacto significativo en el diseno y tipo de los sistemas de manejo de materiales. Obviamente la magnibJd de areas de tráfico pesado debe de ser reducido a un mínimo, por lo que cualquier estación de trabajo entre la cual hay un número particularmente grande de transferencias debe de ser colocado cerca de los demés. Ademas es comúnmente benéfico agrupar estaciones de trabajo similares juntas, y es deseable el tener trabajo fluyendo en una dirección consistente a lo largo del sistema. Por ejemplo, si existe una línea de maquina.herramienta, uno de los extremos, cuando sea posible, sera la entrada del sistema, en donde se realiza la primera operación, el otro extremo seré el punto de terminación. Así cuando el trabajo se realiza a lo largo de la línea, siempre se estaré mas cerca del término. Esto puede dar1e un valor particular en los sistemas de ensamble de partes en. donde entran mas partes de las que salen,. últimamente se ha reducido el número de transferencias. en. el sistema, y si un. transportador es utilizado, tiene como resultado substancialmente la reducción de la inversión requerida para los sistemas de manejo de materiales..

(30) 29. Cuando se selecciona un sistema de manejo de materiales, un punto importante el cual se debe de tomar en cuenta es aquel del error en el manejo. Cualquiera quisiera creer que el sistema que ha sido disenado es incapaz de fallar, pero desafortunadamente existe una alta posibilidad de que algo pueda fallar gravemente. Por ejemplo, un robot puede tirar algo o un pallet puede finalizar su tarea en un destino erróneo. cuando se requiere un alto grado de habilidad del sistema de manejo de materiales para recuperarse de estas fallas se va a depender de la calidad del software de control del FMS, un elemento de la dificultad de recuperación depende del diseno inherente del sistema de manejo de materiales. Por ejemplo, si se esta utilizando un sistema transportador acumulativo junto con pallets, y se descubre que en el pallet central en la línea es incorrecto, seré de extrema dificultad el extraer1o, tanto fTsicamente como en términos de control. Donde nos encontremos con la misma situación pero con un sistema AGV, la Unea puede ser un buffer estético, y entonces el remover un pallet puede ser bastante sencillo. Finalmente, cuando se toma una decisión de sistemas de manejo de materiales junto con un comportamiento de FMS, es esencial, junto con otros aspectos del sistema, que todas las ventajas relevantes junto con sus desventajas sean tomadas en cuenta. Una decisión hecha a la ligera sobre datos incompletos puede eventualmente representar un error extremadamente costoso. Algunas de estas consideraciones pueden parecer algo triviales, de cualquier manera existen eslabones en la cadena, y todos los eslabones deben estar presentes si la cadena va a tener alguna utilidad. Por ejemplo, si van a ser usados robots el diseno de los grippers puede ser tanto costoso como diffcil, aún con algunas de las ayudas que nos da el CAD ahora disponible. La estandarización, por ejemplo, de los manipuladores de herramienta puede ser una ayuda para minimizar el efecto de este problema. La magnitud de los puntos de la programación del robot no debe de ser ignorada en términos de la cantidad y la calidad de los recursos requeridos. Los problemas de la orientación de las herramientas no deben de ser ignorados. Los robots aunque son ciertamente extremadamente flexibles a este respecto, son comúnmente subutillzados, debido a que estos estan sirviendo a otras estaciones de trabajo. Si un robot esta siendo utilizado en una estación de trabajo de carga de componentes, este puede ser utilizado aún para otras acciones como son la carga de.

(31) 30. herramientas o la rotación de componentes. Tales aplicaciones pueden no ser optimas, pero si el equipo se encuentra en el lugar, el incremento en el costo de usar1o para las tareas adicionales es pequeno. Tales usos pueden afectar la selección de equipos de proceso. De cualquier manera, los robots usualmente no son tan veloces como la gente cree. Se debe de tener cuidado de que no se le imponga demasiado tiempo al equipo con costos fuertes, tales como en maquinas-herramienta, puramente porque un robot debe de tener flexibilidad al haber una inadecuada alimentación de material. El levantamiento de lotes es un buen ejemplo de este fenómeno. Muchas investigaciones recientes se han dirigido a la automatización de estas operaciones en particular. De cualquier manera, idealmente, a las piezas de trabajo no se les debe de permitir que pierdan su orientación una vez que esta ha sido establecida. Se debe de admitir que hay algunos casos en los cuales esto es imposible, por ejemplo cuando son expulsados pequenos componentes estampados de la prensa a altas velocidades en donde es dificil orientar1as. Pero si se hace por el proceso de levantamiento de lotes, o simplemente obteniendo la siguiente parte del procesado que es requerida, es deseable el asegurar que muchas de estas operaciones son llevadas en paralelo con la operaciones de procesado. Si todos estos factores son tomados en cuenta, entonces la probabilidad de un FMS exitoso se incrementa substancialmente. En resumen podemos decir que los sistemas de manufactura flexibles son constib.Jidos por muchas partes, a continuación se da una breve definición de estas, en este apartado cabe hacer mención que un sistema de manufactura cualquiera no solo requiere de equipos e instalaciones, es necesario para su funcionamiento la elaboración de programas, el abastecimiento de materiales, de la limpieza de los equipos, etc. es decir, el sistema requiere de la intervención el factor humano y se ahf la importancia de este.. 1.2.S ESTACIONES DE TRABAJO. Las estaciones de trabajo varfan de acuerdo a el tipo de parte que va a ser producido. En sistemas con corte de metal son usualmente usados centros de maquinado con husillo horizontal de control numérico (CNC), si se trata de piezas prismaticas, o.

(32) 31. centros de torneado para piezas rotacionales. algunos sistemas consisten en ambos tipos de maquinas en donde las piezas de trabajo requieren de ambos tipos de operaciones. Otros sistemas incluyen máquinas para usos específicos, contrariamente a los centros de maquinado los cuales son disenados para ejecutar una gama de procesos. Aunado a las máquinas de trabajo de metales pueden haber máquinas para limpieza y medición u otro tipo de máquinas para inspección. Existen sistemas para operaciones en hojas de metal, para la manufactura de circuitos impresos y operaciones de ensamble. Las operaciones de ensamble y fabricación pueden ser ejecutadas dentro de un solo sistema.. 1.2.G.1 ESTACIONES DE CARGA Y DESCARGA. Las partes deben de ser introducidas dentro del sistema en algún punto. y estos. son usualmente las estaciones de carga y descarga, en donde las partes son colocadas en pallets, usualmente mediante operadores humanos. En algunos casos las partes deben de ser suministradas por medio de un accesorio de orientación y cargadas por medio de un robot. La descarga es usualmente realizada en las mismas estaciones, pero pueden existir estaciones separadas de descarga. En algunos sistemas, las estaciones de carga y descarga estan dedicadas a uno (o más) tipos de piezas de trabajo, mientras, que en otras, estás pueden ser usadas para cualquier tipo de piezas de trabajo.. 1.2.8 EQUIPOS DE TRANSPORTE DE PIEZAS DE TRABAJO. Las piezas de trabajo deben de ser transportadas desde la posición de carga a el equipo productivo, y regresar para su descarga. Existen tres tipos de equipos comúnmente,. llamados. transportadores,. vehfculos. y. robots.. En. los. sistemas. transportadores existen usualmente lfneas continuas o escalonadas sirviendo a cada estación de trabajo, y es necesaria alguna forma de sistema direccionador para dirigir las piezas de trabajo a la estación correcta. Los sistemas de transportadores se aprecian menos populares que el resto de equipos de transporte, probablemente debido a los avances en los otros métodos. Existe un gran número de vehfculos. Los carros sobre rieles, que corren sobre rieles conectando las estaciones de trabajo, usualmente siguiendo pistas lineales y que se pueden encontrar incluso en los tipos más pequenos de FMS. Los Vehículos Guiados Automáticamente (AGV's) siguen las senales inductivas de.

(33) 32. cables eléctricos localizados por debajo del piso, y pueden tener una disposición de pistas algo compleja. Algunos vehículos solo pueden llevar una carga a la vez, mientrás que otros cuentan con dos posiciones de carga. Algunos, más especializados, pueden manejar muchas cargas simultáneamente. Existen muchos tipos de robots movibles montados al piso, que pueden ser usados para el transporte de piezas de trabajo. Aún así, los robots montados sobre plataformas son populares tanto para el manejo de piezas de trabajo y de herramientas.. 1.2.8.1 PALLETS. Las piezas de trabajo son normalmente sostenidas en algún tipo de pallets para su transporte. y colocación en las mesas de máquina. Dos tipos son comunes. Un tipo de. pallet sirve como una carretilla para un lote de piezas pequenas, con el fin de facilitar y reducir la frecuencia de los movimientos. Estos sirven como charolas dentro de las cuales pueden ser colocadas en la estación de carga,. y de la cuáles estas pueden ser tomadas y. colocadas dentro de las máquinas, tal vez mediante el uso de un robot. Este tipo es común en sistemas que usan transportadores. y robots móviles, pero también con usados. en sistemas AGV. El otro tipo de palletes uno en el cual una o más piezas son colocadas de manera precisa y el cual puede ser movido sobre la mesa de la máquina y adoptar diferentes posiciones mientras se realizan las operaciones de maquinado de la parte.. 1.2.8.2 INSERTOS. Son usados para colocar las partes de manera precisa sobre los pallets. Estos son usualmente de uso específico para un tipo de parte, por lo que cada parte requiere de un inserto diferente. En algunos casos, de cualquier manera, muchos tipos de parte pueden ser lo suficientemente similares para hacer uso del mismo tipo de insertos. Los insertos pueden estar colocados de manera permanente a los pallets, o estos pueden ser retirados del pallet cuando una parte requiera de un tipo de inserto diferente el cual será introducido al sistema. y colocado sobre el pallet. Si las partes son pequenas, se pueden. sostener muchas piezas en el mismo pallet tanto piezas de un mismo tipo como de tipos distintos..

(34) 33. 1.2.8.3 HERRAMIENTAS. Muchas operaciones requieren de alguna forma especlfica de herramentaje para que alguna forma particular sea realizada, tipicamente herramientas en centros de maquinado. Los centros de maquinado cuentan con magazines de herramientas en las cuales un conjunto de herramientas puede ser soportado para que en cada operación dentro de un rango de piezas de trabajo puedan ser ejecutadas. Las herramientas deben de ser cambiadas, debido tanto a que su vida útil ha finalizado, o debido a que la parte a trabajar requiere de herramientas que no se encuentran en ese momento disponibles en el magazine.. 1.2.7 TRANSPORTE DE HERRAMIENTAS. Obviamente las herramientas deben de ser suministradas a la máquina. Esto puede ser realizado de manera manual, pero los sistemas más recientes incluyen un sistema de transporte de herramientas asr como un sistema de transporte de piezas. Los robots son comúnmente usados como parte de las operaciones de suministro de herramientas.. 1.2.8 ROBOTS Como se observo anteriormente, los robots son frecuentemente usados tanto para el manejo de las piezas de trabajo como de las herramientas. Los robots pueden ser estacionarios o móviles. Existen muchos tipos de robots móviles, principalmente montados tanto sobre rieles como en el piso o sobre plataformas. En algunos sistemas los robots son montados sobre AGV's los cuales acarrean los pallets de herramientas a las máquinas. El robot lleva las herramientas dentro. y fuera del magazine de. herramientas. Los robo1B también pueden ser usados para realizar operaciones por si mismos, como son el ensamble, soldadura, u operaciones de maquinado ligeras. Los gripper del robot deberán de ser cambiados para el manejo de distintas partes. Obviamente, esto reduce la flexibilidad del robot operaciones por lotes.. y de todo el sistema imponiendo.

(35) 34. 1.2.8 ALMACENAJE DE ESPERA EN LAS ESTACIONES DE TRABAJO. La mayoría de los sistemas incluye algunas formas de almacenaje de espera en las estaciones de trabajo. Esto permite a las piezas de trabajo llegar a la méquina mientras que esta está operando en la parte previa, y a la máquina el estar trabajando en la parte siguiente mientras que la parte previa está esperando a ser transportada. Existen muchos tipos de almacenaje de espera. Generalmente estos toman la forma de dos depósitos para pallets al frente de la méquina. Uno provee de una posición de trabajo en espera para entrar a la máquina y el otro provee de una estación de trabajo en espera para ser retirado de la méquina. En otro tipo la máquina cuenta con un disco rotativo de pallets, con una posición de espera y otra posición de trabajo. Algunos sistemas proveen de un cambiador automético de trabajo o cadena de pallets, dando seis u ocho posiciones para espera.. 1.2.10 OTRAS INSTALACIONES DE ALMACENAJE. Ademés del almacenaje de espera en las estaciones de trabajo, muchos sistemas cuentan con instalaciones para almacenaje para trabajo en proceso, pallets, insertos o material sin maquinar. Existen diferentes arreglos. Los puntos para el almacenaje de espera de trabajo en proceso deben de ser distribuidos a lo largo del sistema para mantener activo el flujo de trabajo. En la mayoría de lo sistemas existen posiciones de almacenaje para los pallets. Debe de existir una posición de "home" para cada pallet, o solo debe de suficientemente para el suministro de esos pallets que no se encuentran en la estación de trabajo o en las estaciones de carga y descarga. En algunos sistemas las estaciones de carga y descarga también sirven como localidades de home. Algunos sistemas cuentan con una instalación central de almacenaje, la cual puede ser usada para guardar un lote de trabajo. Otros incluyen un sistema automático de almacenaje y toma de material sin maquinar (AS/RS), el cual puede servir a toda la fabrica y no solo a el FMS.. 1.2.11 OPERADORES HUMANOS. A pesar de los avances que se han dado en las fabricas automatizadas, la mayoría, si no es que todas, los FMS's requieren de operadores humanos para una gran variedad de tareas, a pesar de que muchos sistemas trabajan de manera automética.

(36) 35. para una carga o parte de una carga, por día. Se requiere de operadores para la carga y descarga de partes, preparación de herramientas, operaciones de limpieza, así como para herramientas rotas o localizaciones erróneas de las partes, además del monitoreo del sistema y otras situaciones excepcionales, y el manejo general del sistema.. 1.2.12 CONTROL COMPUTARIZADO. Las tareas de la computadora "ejecutiva" son muchas y variadas. Las funciones básicas son las de dar instrucciones a las máquinas y a los equipos de transporte para. que las partes sean movidas y procesadas como es requerido. El monitoreo de las condiciones del sistema puede llegar a ser la función vital del sistema. La mayoría de las computadoras ejecutivas también pueden dar instrucciones a los operadores en las éreas de preparación de herramientas y en las estaciones de carga y descarga, y tomar decisiones acerca del itinerario. En función de calendarizar el trabajo, la computadora debe de ser provista con los requerimientos de producción y los datos del material disponible. Esté información debe de ser archivada a través de eslabones hacia el sistema computarizado principal de control de la producción con que cuenta la fabrica. La computadora también proveerá reportes del trabajo realizado, de la productividad del sistema, de diagnóstico y de otros tópicos. Los controladores lógicos programables pueden ser usados para controlar pequenos sistemas o secciones de sistemas. Existirá normalmente un controlador separado para los AGV's en sistemas con varios vehículos.. 1.3. TECNOLOGÍA DE GRUPOS De hecho, muchos de los principios en los cuales esté basada la FMS encuentran. su origen en investigaciones que datan de principios de los anos 50's. De particular importancia fue el desarrollo de la filosoffa de manufactura comúnmente llamada Tecnología de Grupos. Esté efectivamente utiliza las propiedades comunes de partes similares para resolver problemas comunes de diseno y manufactura. Usualmente es usada una parte de sistema de codificación para ayudar a clasíficar las partes en grupos de acuerdo, a su forma, dimensiones generales, requerimientos de precisión, superficies de acabado, requerimientos de manufactura, composición del material, etc. Este análisis es en principio aplicado a la mayoría de los componentes manufacturados por una companía. Esté información obtenida y después ordenada en categorías mayores, tales como productos o procesos, para la identificación de agrupaciones de producción útiles y,.

(37) 36. por ejemplo, grupos de maquinas herramienta necesarias para la manufactura de las partes. Estos grupos, debido a que son pequenos, tienen distintas unidades de manufactura, son usualmente útiles para producir las partes de manera más eficiente a comparación de la manera en que estos eran producidos como parte de un total de requerimientos de manufactura que pasan a través de todo el taller. La importancia de la Tecnología de Grupos para hacer flexible la manufactura es comúnmente visible. Si se desea obtener los méximos beneficios al invertir en FMS, los problemas de manufactura deberén primero estar definidos dentro de grupos bien definidos; esto puede incluir los procesos involucrados, el equipo requerido y las partes a ser producidas. Si no se realiza este anélisis, es como si todos los recursos no se usaran de manera óptima así como la FMS. Ce cualquier manera, últimamente los requerimientos de producción de el grupo de partes evenb.Jalmente seleccionado deberé ser realizado en su totalidad por el equipo junto con el FMS o un grupo de sistemas secuenciales. Nada ademas de este flujo de ordenes lleva a una situación aunque este asociada con la distribución de equipo funcional, lo que hereda ineficiencias. Aún así, en muchas plantas, la aplicación de la tecnología de grupos por si misma a generado un gran número de beneficios. La manufactura celular puede ser definida como la aplicación de la tecnología de grupos e involucra agrupamiento de maquinas y procesos en la base de familias de partes o parte de lo que procesan. Este es un proceso relativamente reciente y ha sido aplicado en muchos ambientes de manufactura de manera exitosa. Existen beneficios significantes que pueden ser adjudicadas como resultado de la implementación de celdas de manufactura flexible. Algunas companías han tenido los siguientes beneficios: • Reducción del tiempo de selección • Reducción del inventarios de trabajo en proceso • Reducción del costo de manejo de materiales • Reducción del costo de labor directa e indirecta del equipo • Mejora en la calidad • Mejora en el flujo de materiales • Mejora en la utilización de la maquinaria • Mejora en la utilización del espacio • Mejora en la moral de los empleados.

(38) 37. La diferencia principal entre el ambiente de un taller tradicional y la manufactura celular es en el agrupamiento y distribución de la maquinaria. En el ambiente de un taller, las maquinas son trpicamente agrupadas basadas en sus similaridades funcionales. Por el otro lado, en el ambiente de la manufactura celular, las maquinas son agrupadas en celdas por lo que cada celda esta dedicada a la manufactura de una familia de partes específica. Típicamente, las máquinas en cada celda son diferentes en. sus funciones. Por. lo cual el arreglo de los conjuntos de máquinas son dedicados a familias de partes específicas permitiendo un control más fácil de una celda de manufactura flexible. El objetivo principal en el diseno de una celda de manufactura flexible es el de crear celdas de maquinaria, identificar las partes de la familia y localizar las partee de lae. familias en celdas de maquinaria de tal manera que el movimiento intercelulas de partes de la familia de partes sea mínimo. Por supuesto, cuando esto es realizado, se deben de considerar otro tipo de restricciones. Por ejemplo, la ubicación de las partes de la familia en las celdas de maquinaria debe de ser tal que la capacidad de las máquinas en cada celda no sea excedida, deben de ser tomados en cuenta los requerimientos de seguridad. y tecnológicos pertinentes a la localización del equipo y del proceso, el tamano de la celda, el número de celdas no debe de exceder de un número especificado por el usuario, etc..