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CIM: MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADORA

INTRODUCCIÓN, NIVELES Y APLICACIONES

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

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Introducción a CIM

El termino fue acuñado por Harrington en 1973.

CIM presenta el camino para mejora la competitividad de lamanufactura.

Visiones de CIM :

Para algunos es el uso completo de robots computadoraspara automatización y sistemas flexibles de manufactura.

Para otros CIM presenta el camino para la administración,estructuración , y gestión de las bases de datos de la empresa

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• John W Bernard define a CIM como: la integración de las computadorasdigitales en todos los aspectos del proceso de manufactura (asistenciacomputarizada, automatización y control)

• CIM facilita la integración de las actividades del negocio y de lasactividades de manufactura representadas por:

Introducción a CIM

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Introducción a CIM

1. La integración del Diseño, Ingeniería y Fabricación.

2. Logística, Almacenamiento y Distribución.

3. Clientes y Proveedores.

4. Ventas y actividades de Marketing.

5. Administración Financiera y el Control.

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Introducción a CIM

• Para entender el concepto de CIM se requiere entender losconceptos de :

• Manufactura: significa fabricar objetos en forma manual omecánica, en su forma moderna alcanza a las actividades detransformación de la materia prima en producto terminado,incluye actividades de diseño y la integración del sistemas deinformación para soportar el producto.

• La división en niveles de la estructura Funcional de un procesopropicia la representación de un sistema de fabricación integradapor computador mediante la denominada pirámide CIM, la cualestá formada conceptualmente por 5 o 6 niveles

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Introducción a CIM

• Integración: tiene como objetivo la información de cada unade las áreas que participan en la manufactura del producto, suventa y soporte.

• Los niveles funcionales: en un sistema de fabricación suelenser: 1. Nivel de proceso, 2. nivel de estación, 3. nivel de célula,4. nivel de área, 5. nivel de fábrica y 6. nivel de empresa.

• Tecnologia computacional: participan en las actividades deautomatización, y en la integración de información esto incluyehardware, sensores, redes, software, que se presenta en cinconiveles para la manufactura:

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• Nivel de proceso: Sensores y actuadores en contacto directo con el proceso, lossensores recogen la información de las variables del proceso y las conduce haciael siguiente nivel; los actuadores reciben ordenes del nivel de estación (centro decontrol) para ser ejecutadas acorde a su necesidad. Buses de campo (Field BusDP, ASi, etc.)

• Nivel de estación (Campo): Conocido como centro de control, se encarga demanejar las tareas de producción de acuerdo a la programación de autómatas demedia y baja gama. Mantiene comunicación con el nivel de proceso y con elnivel de célula. Comunicaciones Field Bus AP, Device Net, etc.)

• Nivel de Célula: Tal vez uno de los niveles más importantes para los objetivosdel curso, es allí donde se supervisa todo el proceso productivo, se generanhistóricos, alarmas e informes de productividad. Son sistemas expertos llamadosSCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) encargados de controlar ysupervisar los sistemas de la planta. Comunicaciones de alto nivel (Field BusFSM, CAN Bus, etc.)

Niveles de la CIM

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• Nivel de Área: Ingeniería, nuevos diseños, planeación de productividad,insumos, repuestos, ordenes de mantenimiento y producción, etc.

• Nivel de Fabrica: En este nivel se planean todas las estrategias y estudios demercados, control de calidad, normas de seguridad, salas de ofimática, etc.(MES «Manufacturing Execution System»); Comunicaciones a nivel de oficina,TCP/IP, VIP, WAN, LAN, etc.

• Nivel de Empresa: Gerencia absoluta, responsable de toda la planta,funcionamiento, producción, mercados, proveedores, clientes, etc. (ERP«Enterprise Resource Planning); Comunicaciones a nivel de oficina, TCP/IP,VIP, WAN, LAN, WiFi, etc.

Niveles de la CIM

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Funcionalidaddel producto

Conformacióndel Producto

Conformacióndel proceso

Capacidaddel proceso

IntegraciónProceso yProducto

Inteligenciadel Proceso

Sistema de

Manuf.

Inglesa

Sistema de

Manuf.

Americana

Gestión

Científica

(Taylorism)

Optimización

de Procesos

Control

Numérico

(NC)

CIM

Precisión Repetibilidad Reproductibilidad Estabilidad Adaptabilidad Versatilidad

Mecánica Manufactura Industrial Calidad Sistemas ConocimientoFocalización

de

Ingeniería

Focalización

del Proceso

Focalización

del Control

Focalización de los Aspectos de los Sistemas de Manufactura

Evolución de la Manufactura

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Entorno Actual

Características del

Mercado Actual

Necesidades

del Mercado

MANUFACTURA FLEXIBLE ES UNA

BUENA ESTRATEGIA A SEGUIR ! ! !

Global

Dinámico

Oportunista

Calidad

Respuesta

Adaptabilidad

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Esquema funcional de un Sistema de Manufactura Integrada porEsquema funcional de un Sistema de Manufactura Integrada por

ComputadoraComputadora

CAD/CAMDiseño y Manufactura Asistido por

Computadora

CADDiseño Asistido

por Computadora

CAPPlaneación de procesos

Asistida porComputadora

CAMManufactura Asistida

por Computadora(Incluye ensamblado)

CAQControl

de Ca lidadAsistido

por Computadora

PP&CPlaneación y Control de Producción(Actividad Organizacional de l CIM)

Planeación de recursos de manufactura

Planeación de requerimientos de materiales

Planeación de Lotes y Tiempos

Liberac ión de órdenes

Control de manufactura

CIM

Fuente : Rembold, 1993

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Estruc tu ra de Man ufactura Inte grada por Computadora

Cont rolde pi so

Contabil ida dde costos

Da to s

Siste ma de m ane jo de ope ra cione s

Pla nea c ión y m e dic iónCom pras

Inform ac ión de m e rca doOrde n de l c li e nte

E ntra da de Ó rdene s

Pla nea c ión de la produc ción

y cont rol

Cont role s Progra m able s

E mpa c ado a utom á ti co

E nsa mble de robots

Prue ba s e inspe cc ión a utom á ti ca

Ma nufa ctura Inte grada por

Com puta dora

E nsa mble fi na l y prue ba s

Mater

iales

Da to s

Pla nea c ión de P roce sos

Pla nea c iónQC

Dise ño delMolde /

He rra mie nta

Anál is is

Progra m ac iónCN

CAD

Inge nie ría As is tida

por Computa dora

Inge nie ría de l proce so y productosDat o s

Alm ac e nam iento y Ma ne jo Ma e st ro

Siste ma (s) a lm a cé n inte l ige nte

Inspe c ción de pa rte s i ngres ada s

Inve nta rio e n proc es o

T rans portea utom á ti co

Inve nta rio debiene s term inados

Bien es terminad os E nvíoProve e dor Ma teria le s

Ma ne jo de da tos y com unica c ión

Se rvicios i nte rnos de re d

Re d e xterna públic a

o priva da

Molde ado de Plá st ic o

Dat o sFa brica c ión y m aquina do CNC (DN C)

T arje ta s de c irc uitos impre sa s

Robot pa rae l m ane jo de

m ate ria lesMat er iales

Fa brica c ión y prue ba de pa rte s

Ma nufa ctura Inte grada

por Computa dora

Robot desolda do/pintado

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Controlador de área

Computadoras Centrales de la planta

Análisis y diseño de ingeniería

Controlador de celda

PLCControlador

de robot

BandaTransportadora Robot Máquina de

CoordenadasEstación de Limpieza

Controlador

de CMMControlador

de estación

Controlador de celda

Controlador

N

Máquina N

Red de cómputo

CNC CNC

Nivel de equipo

Nivel de controladorde estación de trabajo

MHMH

Nivel de controlador de celda

Nivel de controlador de área

Nivel de controlador de planta

Niveles Jerárquicos de un CIM

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Niveles del CIM

Nivel de controlador de planta

Es el más alto nivel de la jerarquía de control, es representado por la(s)computadora(s) central(es) (mainframes) de la planta que realiza lasfunciones corporativas como: administración de recursos y planeacióngeneral de la planta.

Nivel de controlador de área

Es representado por las computadoras (minicomputadoras) de control de lasoperaciones de la producción. Es responsable de la coordinación yprogramación de las actividades de las celdas de manufactura, así como dela entrada y salida de material. Conectada a las computadoras centrales seencuentra(n) la(s) computador(as) de análisis y diseño de ingeniería dondese realizan tareas como diseño del producto, análisis y prueba.Adicionalmente, este nivel realiza funciones de planeación asistida porcomputadora (CAP, por sus siglas en inglés), diseño asistido porcomputadora (CAD, por sus siglas en inglés) y planeación derequerimientos de materiales (MRP, por sus siglas en inglés).

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Nivel de controlador de celda

La función de este nivel implica la programación de las órdenes demanufactura y coordinación de todas las actividades dentro de una celdaintegrada de manufactura. Es representado por las computadoras(minicomputadoras, PC´s y/o estaciones de trabajo). En general, realiza lasecuencia y control de los controladores de equipo.

Nivel de controlador de procesos o nivel de controlador de

estación de trabajo

Incluye los controladores de equipo, los cuales permiten automatizar elfuncionamiento de las máquinas. Entre estos se encuentran loscontroladores de robots (RC´s), controles lógicos programables (PLC´s),CNC´s, y microcomputadores, los cuales habilitan a las máquinas acomunicarse con los demás (incluso en el mismo nivel) niveles jerárquicos

Niveles del CIM

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Nivel de equipo

Es el más bajo nivel de la jerarquía, está representado por los dispositivosque ejecutan los comandos de control del nivel próximo superior. Estosdispositivos son los actuadores, relevadores, manejadores, switches yválvulas que se encuentra directamente sobre el equipo de producción. Deuna manera más general se considera a la maquinaria y equipo deproducción como representativos de este nivel.

Niveles del CIM

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• Módulo Flexible de Manufactura (FMM)

• Celda Flexible de Manufactura (FMC)

• Grupo Flexible de Manufactura (FMG)

• Sistema Flexible de Producción (FPS)

• Línea Flexible de Manufactura (FML)

Sistemas Flexibles de Manufactura

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Modulo Flexible de Manufactura (FMM)

Inventario

de partes

Intercambiador de Herramientas

Intercambiador

de pallets

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Celda Flexible de Manufactura (FMC)

Consiste en varios FMM’s organizados de acuerdo a

los requerimientos particulares del producto.

FMM

1

FMM

3

FMM

n

FMM

2AGV

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Grupo Flexible de Manufactura (FMG)

Un FMG es una combinación entre FMM´s yFMC´s en la misma área de manufactura y unidos

mediante un sistema de manejo de material, como los AGV(Vehículos Guiados Automáticamente )

AGVAGVAlimentación

de Partes

FMM

1

FMC

2

FMC

1

Descarga de

Partes

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Sistema Flexible de Producción (FPS)

Un FPS consiste de FMG´s que conectandiferentes áreas de manufactura tales como:

• Fabricación

• Maquinado

• Ensamble

Almacenamiento

Automatizado

de Herramientas

Almacenamiento

Automatizado

de Herramientas

FMM

1FMM

2

AGV

AGV

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Línea Flexible de Manufactura (FML)

Línea Flexible de Manufactura es una serie de máquinas

especializadas (dedicadas), conectadas por AGV´s, robots, conveyors

o algún otro tipo de dispositivo automático de transporte.

AGV

AGV

Estación

1

Estación

2

Estación

n

AGVAGV

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Sec Min Hour Shift Day Week Month Year

Globales

Empresas

Fábrica

Centro

Celdas

Estaciones

Procesos

ManufacturingExecution Systems

Real-timeControl

ERP/MRP II/

MRP

Decision Support Systems

Fuente : Shunk, 1997

Niveles de Automatización del CIM

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Procesos

Información

Recursos

Organización

• Procesos de la compañía• Jerarquía de los procesos• Grupos funcionales• Secuencia de funciones

• Tipo de información• Relaciones• Flujo de información• Estructuración

• Enfoque de producto oproceso

• Estructura organizacional• Enfoque de control

• Recursos Tecnológicos- Capacidades- Infraestructura

• Recursos Humanos- Habilidades- Experiencias- Conocimientos

ContenidoAspectoQue se debe analizar

en un CIM