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Sistemas Integrados de Fabricación

Rosendo Zamora PedreñoDpto. Ingeniería de Materiales y Fabricación

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Introducción a los Sistemas Integrados de Fabricación

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Índice

1. Introducción a la Fabricación

2. Sistemas de Fabricación: Clasificación

3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de fabricación

4. La automatización: Clasificación

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Fabricación

1.‐ Introducción

4

Las materias primas van pasando por diferentes procesos de fabricación donde van adquiriendo un cierto valor añadido.

Ej: Redondo fundición – Laminado – Alambre – Muelle

*5*4 *6

1.‐ Introducción

Fabricación

5

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

Fabricación

6

*1

1.‐ Introducción

Fabricación

7

Porsche 911 (997) GT2

Número de piezas de algunos productos

> 6 000 000Boeing 747‐400

> 4 000 000Avión de carga C‐5A

15 000Automóvil

12 000Piano de cola

300Podadora rotativa

Nº de piezasProducto

*2

*3

1.‐ Introducción

Fabricación

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Ejemplo de Fabricación: El Clip

1.‐ Introducción

9

Ejemplo de Fabricación: El ClipPatentado 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.

1.‐ Introducción

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•¿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

1.‐ Introducción

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•¿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

1.‐ Introducción

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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

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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

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DefinicionesTecnologías 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 muchasactividades diferentes (fabricar, ensamblar, comprobar, …) enámbitos muy diversos (industria química, automóvil, componenteselectrónicos, procesado de alimentos, …)

Sistemas de Fabricación

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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


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Los sistemas de fabricación se encuentran rodeados y conectados a otros sistemas

Fabricación

Ensamble

Control

Análisis de costes

AlmacenamientoVentas

Marketing

Requerimientos funcionales

Diseño


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Tipos de Sistemas de Fabricación según el producto:

1. Producción Continua2. Producción Discreta

2.a) En Masa2.b) En Lotes

Tipos de Sistemas de Fabricación


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• 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


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• 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.


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• 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


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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

3.‐ Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación

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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


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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


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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.



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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)


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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)


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¿ 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.


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¿ Existe potencial de mejora ?

(Society of Manufacturing Engineers)Fabricación clásica por lotes, trabajando a dos turnos,

MaterialesESPERA= 95 % del tiempo en fábrica, Almacén, pie de máquinaMONTADOS 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.


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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


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Automatización

“Empleo de Sistemas Mecánicos, Eléctricos y Electrónicos

(basados en computadores)

para la operación y control de la producción”

4.‐ Automatización

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Resultados esperados:

• Menor número de piezas rechazadas

• Mayor productividad

• Planificación de la producción más fiable

• Técnica más sencilla y cómoda para el operario

• Repetibilidad


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Clases de Automatización

FIJA ‐ Gran Volumen

‐ Diseño Especializado

PROGRAMABLE‐ Bajo Volumen‐ Alta Variedad‐ Programa <‐> Producto


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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


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Ej.: Programador de una lavadora



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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.



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Línea transfer



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Transfer rotativo


Moss Group Automation


39

Estación automatizada de soldadura por resistencia

Instalaciones Especiales



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• 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 M41N0030 G41 X121 Z0N0050 G1 X-0.5N0060 G42 G0 X122 Z2 F0.065N0070 G68 P0= K31.75 P1= K0 P5= K2 P7= K0.5 P8= K0.5 P9= K0 P13= K80 P14= K150N0075 G0 X50 Z50 F0.04 S120 T3.3N0080 G1 X31.75 Z-31.75N0090 G1 X38.1 Z-50.175N0100 G1 X64.2 Z-50.175N0110 G3 X76.2 Z-56.175 I0 K-6N0120 G1 X76.2 Z-70.2N0130 G2 X88.2 Z-76.2 I6 K0N0140 G1 X101.6 Z-76.2N0150 G1 X101.6 Z-88.3

Ejemplo de programa pieza CNC torno

B.‐ Automatización Programable


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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)


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Referencias

Referencias

Figuras

Nota: Todas las imágenes se han obtenido utilizando resultados de búsquedas en la sección de Imágenes de Google

• 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

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