tesis manufactura
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Tesis de Manufactura de un equipo de automatizacion de almacenTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CIUDAD JUAREZ
OPTIMIZACION EN EL DISENO Y CONSTRUCCION DE MAQUINA
AUTOMATIZADA DE ALMACEN Y VALIDACION DE PRECISION
POR
RODOLFO OMAR GOMEZ LEZAMA
PROYECTO DE TESIS
PARA
OBTENER EL TITULO DE
MAESTRIA EN MANUFACTURA
EN EL AREA DE AUTOMATIZACION
JUNIO 2011
i
Resumen
“El proposito de este proyecto es presentar la construccion del prototipo de una
maquina que es un sistema de almacenaje y regreso automatizado (ASRS),en donde
el proceso de construccion fue basado en en diseno de la tesis de un companero de
ingenieria de manufactura [1],esta maquina esta enfocada para material de apoyo
para la educacion ya que el costo es sumamente considerable economico para fines
didacticos, en el desarrollo se lograron tener algunas dificultades y cambios al diseno
original para optimizar la construccion armando el equipo con exito para correr las
pruebas de validacion las cuales fueron seleccionadas por expertos teniendo optimos
resultados. — UACJ - IIT
ii
Agradecimientos
“Primeramente le doy gracias a Dios por darme la sabiduria necesaria para lograr
esta meta, tambien a mi familia ya que sin la paciencia y apoyo incondicional de mi
esposa y el tiempo de mi hijo sacrificado para invertirlo en el proyecto no lo hubiera
logrado, asi mismo agradezco a mis companeros que me apoyaron a lo largo de el
semestre que fueron alumnos de la materia de integracion de procesos, entre ellos
resaltan Nayeli Alfaro, Claudia Angel, e Ivan Sauceda.
Tambien un especial agradecimiento a mi asesor de Tesis Luis Ricardo Vidal Portilla
por el apoyo que en todo momento estuvo al pendiente del mismo, y tambien al intituto
de ingenieria y tecnologia de la UACJ por la oportunidad de abrir las puertas de sus
laboratorios.”
— Rodolfo Omar Gomez Lezama
iii
Indice general
Resumen II
Agradecimientos III
Lista de Figuras VII
1. Antecedentes 1
1.1. Descripcion del Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2. Propuesta Para Solucionar el Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4. Alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5. Estrategia de Investigacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2. Marco Teorico 10
2.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2. Automatizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1. Piramide de Automatizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.1.1. Clases de Automatizacion . . . . . . . . . . . . . . . 15
iv
2.3. Equipos Automatizados tipo ASRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1. Tipos de AS/RS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2. Aplicaciones de los AS/RS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4. Metodos de Diseno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.1. Analisis de Valor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4.2. Taguchi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4.3. Diseno para la X-bilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4.4. Ingenierıa Concurrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4.4.1. Herramientas y tecnicas asociadas a la Ingenierıa Con-
currente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5. Validacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5.1. IQ - Calificacion de Instalacion: . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5.2. OQ - Calificacion de Operacion: . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5.3. PQ - Calificacion de Desempeno: . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.5.4. Proceso Validado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3. Metodologıa 35
3.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2. Ingenierıa Concurrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.1. Despliegue de la Funcion de Calidad (QFD) . . . . . . . . . . 36
3.2.2. QFD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4. Resultados 41
4.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
v
4.2. Analisis del diseno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2.1. Problemas Detectados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2.1.1. Tabla de FOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2.1.2. Base Rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2.1.3. Soporte Eje 06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2.1.4. Pinza 3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2.1.5. Soporte de Eje 05.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2.2. Solucion de Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.3. Material a utilizar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.4. Desarrollo de Construccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.4.1. Fase 1: Mesa de Trabajo y Almacen . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.4.2. Fase 2: Rediseno y Adecuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.4.3. Fase 3: Sistema de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.4.4. Fase 4: Pruebas y Validaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.4.5. Equipo Utilizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Bibliografıa 68
vi
Indice de figuras
1.1. Laboratorios UACJ-IIT LAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2. Diseno de la maquina ASRS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1. Piramide de Automatizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2. Metodos de Diseno e Ingenierıa Concurrente. . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3. Equipo multidisciplinario de trabajo en IC. . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4. Un modelo de proyecto con IC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5. Ingenierıa Concurrente y sus tecnicas asociadas. . . . . . . . . . . . . 29
2.6. Pasos para Validacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7. Plan de Accion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1. Ingeniera Concurrente en relacion con la metodologıa a seguir. . . . . 38
4.1. Tabla de FOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2. Base del Rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.3. Soporte Eje 06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.4. Pinza 3.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.5. Soporte de Eje 05.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.6. Material a Utilizar: Aluminio Destruido . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
vii
4.7. Base de la mesa de trabajo con las uniones . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.8. Mesa de trabajo terminada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.9. Fase 1 terminado, Mesa y Almacen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.10. Soporte del Eje 06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.11. Soporte del Eje 05.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.12. Soporte del Eje 05 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.13. Sistema de rodamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.14. Soporte del sistema de rodamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.15. Base del Rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.16. Fuente de Poder del Sistema ASRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.17. Controladores (drivers) de los Ejes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.18. Modulos de Entrada y Salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.19. Valvulas de estrangulamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.20. Sistema de Control de PLC cableado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.21. Torno Convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.22. Sierra Banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.23. Fresadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.24. Electroerosionadora de hilo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
viii
Capıtulo 1
Antecedentes
A lo largo de estos ultimos anos hemos visto la evolucion de las industrias de
manufactura en ciudad juarez en donde los procesos cada vez son mas automatizados
y en los cuales se requiere cada vez mas personal capacitado para poder contribuir
al desarrollo de tecnologıas su propio beneficio, de aqui surge la necesidad de que
los institutos de educacion superior brinde cada vez mas y mejores ingenieros con la
capacidad de superar las espectativas que la industria requiere, para ello se necesita
de una gran infraestructura para poder ofertar este tipo de conocimientos que van a
colaborar con el desarrollo de la formacion de ingenieros profesionales.
Para el desarrollo de la formacion estudiantil actualmente se cuenta con varias op-
ciones de estudio para las carreras que pudieran aportar a la industria maquiladora
lo que se requiere para el buen funcionamiento de sus plantas de manufactura, ya que
nuestra franja fronteriza es la mas grande de nuestro paıs y la que mayor influencia
1
tiene en el mercado estadounidense. la Universidad Autonoma de Ciudad Juarez es
reconocida como la mayor y mejor opcion en instalaciones de laboratorios para pro-
gramas educativos con relacion a tecnologıa en el Instituto de Ingenierıa y Tecnologıa
es en donde se ubican los laboratorios de automatizacion industrial (LAI)[2], donde
desde el ano 2001 [3] desarrolla por medio de la practica y manejo de las herramientas
necesarias para formar ingenieros profesionales para adaptarse rapidamente al mer-
cado laboral, al concluir su formacion profesional.
Figura 1.1: Laboratorios UACJ-IIT LAI.
2
Las herramientas ofrecidas academicamente para la preparacion de los alumnos
del instituto de ingenieria y tecnologıa de la UACJ ofrece celdas de manufactura
para fines academicos que actualmente estan trabajando para ofrecer practicamente
el conocimiento requerido para capacitar a los futuros ingenieros, por eso surgen los
laboratorios especializados dentro de la universidad para poder suplir este requerim-
iento, surgiendo la necesidad de construir una celda automatizada de manufactura
llamados sistemas automatizados del almacenaje y de recuperacion (ASRS).
Este proceso de la celda automatizada ofrece el abastecimiento y almacenaje para
formar parte integral de la ruta crıtica a supervisar, en la mayoria de los casos, estas
actividades son las que optimizan o estropean el flujo de una lınea de produccion, en
las paginas subsecuentes se presenta una adecuacion a un ciclo de operacion automati-
zada y utilizada para la practica, esta nueva maquina es un sistema de almacenamiento
y regreso automatizado (ASRS), que busca cumplir con los requerimientos tecnicos
de la lınea preestablecida y al mismo tiempo brindar flexibilidad en su utilizacion.
La flexibilidad esta ligada a la posibilidad de cambiar el orden de proceso,volumen,peso
y aditamentos de uso estandar en procesos similares, para de esta manera sentar un
precedente en la edificacion de sistemas, maquinaria y robots de uso industrial que
permitan elaborar productos de mayor calidad con tiempo y recursos optimos. Este
ASRS sera adaptado para una celda automatizada de practica estudiantil, mismo
que de tener un aproximado de 50 usuarios ha ido incrementando su uso, que hasta
hoy ya cuenta con alrededor de 250 alumnos que diario practican y comprenden el
funcionamiento de la celda, el proposito principal de la adecuacion del nuevo sistema,
es aportar una celula de trabajo mas, que permita el dıa de manana la consecucion
3
de un proceso mas complejo y dinamico, lo que a su vez de oportunidad al futuro
ingeniero, elaborar una lluvia de ideas mas acertada y especializada al formar el uso
cotidiano de sistemas actuales y de manera cercana, lo que dara paso tambien a la
resolucion de nuevos retos y formacion de nuevos paradigmas, definiendo ası nuevos
niveles de calidad y la consecucion de metas con parametros preestablecidos.
Todos estos antecedentes fueron realizados por un proyecto anterior realizado por Fer-
nando de Anda [1] en donde se presenta el diseno original de la maquina automatizada
y donde se realiza todo el analisis para que sea factible y practica la construccion de
esta misma, logrando impactar nuestra futura generacion de nuevos ingenieros para
una formacion mas competente en el area de la manufactura industrial.
Actualmente la celda de trabajo en que se ubico la descripcion del problema, posee
los siguientes modulos:
1. Sistema de transporte de pallets.
2. Sistema AS-RS de almacenamiento automatico.
3. Celula de Torno CNC y Fresa CNC
4. Robot de 6 ejes mas un eje lineal
5. Robot de 6 ejes con celula de ensamble y sistema de vision
6. Control de celula de trabajo (SCADA): Cosimir control.
7. Programacion/ Simulacion de Robot: Cosimir profesional.
8. 2 cabinas para el control de la celda ( 2 PLCs 313 siemens)
4
9. Simulacion de sistemas Cosimir Factory.
10. Integracion de 3 tipos de redes: Profibus, Ethernet y ASI
En su ubicacion se puede adecuar el modulo consistente en el sistema de almace-
namiento y abastecimiento automatizado de formato pequeno y aplicacion flexible.
A diferencia del ya existente en la celda de trabajo este nuevo modulo estara disenado
sobre medida del espacio existente, las piezas existentes y la cantidad predeterminada
de artıculos para la practica en Laboratorio, ası mismo debe poseer la flexibilidad de
cambiar la direccion de su accion especıfica, permitiendo iniciar en el orden deseado,
de la banda hacia al almacen, o bien de ser necesario en la programacion de un re-
proceso o adaptacion de sub-lınea temporal, del almacen a la banda del sistema de
transporte de pallets.
El espacio asignado es la esquina del circuito geografico del area de proceso, con
artıculos predeterminados como: 2 ejes lineales, 2 servomotores, 1 gripper y 1 actu-
ador lineal con guıa (ver Anexo 1), que juntos definen los lımites de diseno y volumen
de la maquina, su posicion permite definir la direccion de flujo de produccion, en este
caso con opcion de realizarlo en ambos sentidos. Esta maquina tendra un bajo cos-
to, ya que utilizara piezas existentes en el Laboratorio de Manufactura, de la misma
manera se utilizara materia prima de muy bajo costo, por lo cual el material princi-
pal de estas piezas sera aluminio. Se pretende no superar la cantidad de $30,000.00
pesos, este costo abarcara la compra de materia prima, la fabricacion de las piezas y
el armado de esta maquina.
5
1.1. Descripcion del Problema
Con el paso del tiempo muchas de las empresas integradoras de maquinas au-
tomatizadas para la industria, se han visto con la necesidad de poder ofrecer a sus
clientes una validacion de equipo al momento de entregarselas, para poder demostrar
que se cumplen con los requerimientos que ellos solicitan para su operacion, estas
validaciones son cada vez mas distintas y personalizadas ya que no se tiene ningun
estandar para poder realizar estas estadısticas, por lo que pueden ser muy inciertas
para el diseno de la maquina de almacen automatizada.
Al analizar el diseno de la maquina de almacen automatizado de la tesis del inge-
niero Fernando de Anda[1], se puede ver algunas fallas de las pruebas de los materiales
que se proponen a maquinar, siendo estas piezas mas complejas y de mayor costo para
poder realizarlos, tambien al construir el prototipo del equipo nos enfrentamos con la
parte de ensamblaje en donde tenemos que acudir al rediseno de piezas, otro punto
fundamental es la validacion de la maquina para que nos muestre las estadısticas
de la precision y exactitud de la repetitividad que se va generando a lo largo de su
funcionamiento.
1.2. Propuesta Para Solucionar el Problema
Se propone la construccion de la maquina ASRS para el beneficio del alumnado
que acude a los laboratorios de Automatizacion en el Instituto de Ingenieria y Tec-
nologıa de la Universidad Autonoma de Ciudad Juarez, en donde el diseno original
realizado por el Ing. Fernando de Anda, del cual requerira modificar algunas piezas
6
redisenandolas y optimizado los recursos para reducir los costos de los materiales, asi
como el ensamble de todas las piezas de la maquina para poder llegar a validar el
equipo y asi obtener una buena precision en el posicionamiento de los pallets en el
almacen.
1.3. Objetivos
El objetivo de este presente documento es la fabricacion de una maquina ASRS,
la cual se pueda implementar en la celda automatizada de el Laboratorio de Autom-
atizacion Industrial, con piezas ya existentes en este Laboratorio, logrando que sea
de bajo costo, optimizando el diseno de ensamble mostrado en la Figura 1.2 de la
maquina ASRS para su proceso de construccion, y lograr validar el equipo finalizado
con pruebas y metodos de precision para lograr las mejores y optimas condiciones del
proceso de almacenamiento automatizado.
1. Optimizar el diseno ya existente para la maquina automatizada ASRS
2. Construir un almacen con un mınimo de 20 espacios para pallet
3. Lograr la construccion de bajo costo.
4. Correr las pruebas de validacion del equipo para que se tenga una gran precision
y disminuir la incertidumbre.
7
Figura 1.2: Diseno de la maquina ASRS.
1.4. Alcance
La maquina ASRS obtendra su capacidad de movimientos por medio de los ser-
vomotores de CA controlados por los PLCs, ası como de la presion neumatica. Re-
alizara desplazamientos por medio de los ejes X, Y y Z en los cuales podra realizar
movimientos de almacen-banda y/o banda-almacen.
El almacen y la banda nos limitan a realizar los movimientos de piezas a traves de los
tres ejes, y con los 90◦ que se utilizaran entre el eje X y el eje Z. El area del almacen
esta restringida por la longitud y el alcance de los ejes, por lo cual es una limitante
para dimensionar el almacen, al igual que por las bases de las piezas, las cuales ya
8
estan fabricadas.
1.5. Estrategia de Investigacion
La Estrategia de Investigacion que se propone para la realizacion de este proyecto
es hacer una division de las etapas en las que se desea trabajar para la elaboracion de
este, esto se hace con el fin de trabajar por etapas este proyecto ya que es un proyecto
muy extenso por integrar muchas areas de la manufactura.
1. Hacer un analisis del diseno de la maquina ASRS
2. Optimizar el diseno de piezas criticas para hacer mas robusta de la maquina
ASRS
3. Construccion de la maquina ASRS
4. Integracion de Controladores y PLC para control
5. Integracion del control neumatico para el eje y efector final
6. Realizar una validacion del diseno resultante
7. Finalmente hacer pruebas de funcionamiento al diseno final.
9
Capıtulo 2
Marco Teorico
A continuacion se presentan algunos conceptos y teorıas de automatizacion las
cuales se hace uso para la formulacion y metodos utilizados para el desarrollo de este
proyecto.
2.1. Introduccion
Actualmente se ha estado viviendo a lo largo de estos ultimos 50 anos a raız de la
revolucion industrial y de la introduccion de la automatizacion en la manufactura, se
ha visto a la necesidad de recurrir cada vez a metodos y sistemas de mayor calidad para
obtener los mejores resultados en los productos terminados, dando pie a desarrollar
mejores disenos e integracion de sistemas para saber el costo beneficio de lo que se
esta haciendo.
La evolucion de la practica de la gestion del diseno se puede agrupar conveniente-
mente en tres etapas: Diseno como Arte, Ingenierıa Secuencial e Ingenierıa Concur-
10
rente (IC). Hasta la Segunda Guerra Mundial, la mayorıa del diseno industrial era
llevada a cabo por un pequeno grupo de disenadores o un solo disenador. Los pro-
ductos eran mas simples, los procesos de produccion eran mas simples. Por lo tanto,
no habıa grandes necesidades de sistematizacion para los metodos de la gestion del
diseno y la coordinacion. El perıodo posterior a la Segunda Guerra Mundial se car-
acterizo por la difusion y el perfeccionamiento de los metodos originados en tiempos
de guerra en la produccion de armas. Tambien el desarrollo de sistemas a gran es-
cala, tales como telefono, television, etc., estimulo la evolucion. Estos enfoques como
sistemas de ingenierıa y gestion de proyectos surgieron de estos esfuerzos. En las in-
dustrias establecidas como por ejemplo la produccion de automoviles, el desarrollo y
diseno de productos, se organizo de una manera mas o menos similar a la produccion:
los expertos se agrupan en diferentes secciones, departamentos, etc., y el trabajo de
diseno fluıa entre ellos. La caracterıstica comun fue la de organizar el diseno como la
realizacion secuencial de las tareas de diseno [4].
La ingenierıa convencional o secuencial, como su nombre lo dice, maneja un en-
foque secuencial en el proceso de desarrollo de un producto. En este la planificacion
de cargas de trabajo, la asignacion de recursos, el seguimiento de costes, etc., son
aplicados a nivel de ’departamentos’ o areas funcionales a lo largo del desarrollo del
proyecto. Cuando el desarrollo de proyectos sigue una gestion por areas funcionales,
se sigue una lınea temporal definida por la secuenciacion de actividades correspondi-
entes a las distintas areas funcionales implicadas en el proyecto de desarrollo de un
producto[5].
11
El el desarrollo de un producto es necesario mencionar la importancia de los
sistemas automatizados que existen para realizalos, asi como conocer los procesos que
se requieren para llevarlos a cabo, la integracion de las diferentes metodologıas para
realizar de la mejor manera, rapida y eficaz, un producto final o servicio automatizado
con la ayuda de la tecnologıa de vanguardia, por eso mencionaremos a continuacion
la definicion de la Automatizacion.
2.2. Automatizacion
Mediante varias investigaciones de esta palabra, se ha llegado a determinar que la
automatizacion, es la interaccion que se puede realizar entre la hidraulica, la mecanica,
la neumatica, la electronica y la electricidad, con el fin de generar un sistema en el
cual el ser humano no se vea tan involucrado y si lo hace que lo sea en lo mas mınimo,
y todo esto para no provocar errores en la produccion. Con el transcurso del tiempo
se ha logrado mezclar estas cinco ciencias y se han creado dispositivos nuevos para la
funcion de los sistemas (sensores, actuadores, senales), con los cuales se puede traba-
jar en estas mezclas de sistemas, los mas comunes a trabajar son la electro-neumatica,
la cual es un poco mas barata que las demas, ya que en esta solo se utiliza aire y
electricidad.
Segun los autores Kalpakjian y Schmid [6], han determinado que, la automatizacion
suele definirse como el proceso de habilitacion de las maquinas para seguir una se-
cuencia predeterminada de operaciones con poca o ninguna mano de obra humana,
utilizando equipo especializado y dispositivos que controlan los procesos de man-
ufactura. La automatizacion total se logra mediante diversos dispositivos, sensores,
12
actuadores, tecnicas y equipo que tienen la capacidad de supervisar todos los aspectos
de la operacion de manufactura, mediante una secuencia determinada por el hombre.
La automatizacion es un concepto evolutivo mas que revolucionario. Lo mas seguro
es que en algunos anos, tengamos otro significado de automatizacion, tal vez sea se-
mejante al que tenemos en la actualidad, o puede que se encuentre un gran cambio
en el.
2.2.1. Piramide de Automatizacion
La piramide de automatizacion, llamada ası para poder darle un manejo grafico y
poder comprender los niveles de importancia de cada nivel (Figura 2.1), se compone
de 5 niveles, lo cual nos indica que alcanzar el nivel mas alto (5), es llegar a tener
un excelente control de nuestra empresa, a continuacion se explicara brevemente un
poco mas en lo que consiste cada nivel de esta piramide [6].
Figura 2.1: Piramide de Automatizacion
Nivel 1. Este nivel se compone de todo lo tangible, todo lo que es hardware, actu-
13
adores, sensores, motores, etc., en si es todo lo que realiza el trabajo o movimientos
en un sistema automatizado.
Nivel 2. Este nivel contiene todo lo que es la inteligencia local, aquı se puede pro-
gramar el nivel anterior a traves de una computadora y un PLC, dandole la logica
necesaria para que realice los movimientos y acciones deseadas en el sistema autom-
atizado.
Nivel 3. Se comenzara por definir el sistema SCADA, el cual es un sistema donde
se incluye un sistema operativo que contenga senal de entrada y salida, una inter-
faz hombre-maquina, redes, base de datos, lo necesario para que el hombre este en
conexion con su sistema automatizado. El sistema SCADA es el sistema que moni-
toriza y controla un lugar completo o una parte de el, el cual nos interesa controlar o
finalmente controlar un sistema desde distancia, por ejemplo controlar una pequena
empresa desde la comodidad de su casa.
Nivel 4. En este nivel se involucra la planeacion y el control de gestion a traves
de la red de Ethernet, esta red es la mas comun, ası como una de las mas rapidas.
Aquı se maneja en toda la parte administrativa, ası como la planeacion y el control
de la empresa. Con el MES y el SPC se logra y observa la manufactura deseada y se
puede controlar la calidad de esta, ası como tener un control respecto a la gente que
trabaja en tu empresa, y todo esto se puede realizar a distancia de la empresa.
Nivel 5. En este ultimo nivel, se utilizan todos los niveles anteriores, el fin de este
14
nivel, es tener un control total de la empresa por medio de la red, saber que pieza se
fabrica, con que material, donde se encuentra esa pieza, y donde terminara esa pieza.
Ası como tener un control sobre tus recursos, y poder solicitarlo a tus proveedores
por este medio.
En los niveles mostrados anteriormente gracias a la piramide de automatizacion, ex-
isten 3 diferentes clases de ella que son la fija, programable y flexible.
2.2.1.1. Clases de Automatizacion
Existen tres clases muy amplias de automatizacion industrial de acuerdo a los
autores Kalpakjian y Schmid [6] que son:
Automatizacion fija.
La automatizacion fija se utiliza cuando el volumen de produccion es muy alto, y
por tanto se puede justificar economicamente el alto costo del diseno de equipo
especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de
produccion elevadas. Ademas de esto, otro inconveniente de la automatizacion
fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.
Automatizacion programable.
La automatizacion programable se emplea cuando el volumen de produccion es
relativamente bajo y hay una diversidad de produccion a obtener. En este caso
el equipo de produccion es disenado para adaptarse a las variaciones de con-
Figuracion del producto; esta adaptacion se realiza por medio de un programa
15
(Software).
Automatizacion flexible.
La automatizacion flexible es mas adecuada para un rango de produccion medio.
Estos sistemas flexibles poseen caracterısticas de la automatizacion fija y de
la automatizacion programada. Lo importante en esta automatizacion, es el
cambio que puedes llegar a tener durante tu proceso, cambiar de una pieza a
otra con una gran facilidad, sin tener que realizar gran cambio en tus maquinas.
Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de
trabajo interconectadas entre sı por sistemas de almacenamiento y manipulacion
de materiales, controlados en su conjunto por una computadora.
La automatizacion flexible esta determina hasta el nivel 5, este sistema flexible se
controla a traves de una red, en la cual se puede saber la cantidad de produccion,
el control de material, el cambio que se le dara al sistema, haciendo ası un
sistema flexible.
2.3. Equipos Automatizados tipo ASRS
ASRS (Automatic Storage / Retreival Systems) es un sistema controlado por
computadora que realiza operaciones de almacenamiento y recuperacion con velocidad
y exactitud bajo un determinado grado de automatizacion.
Consisten en:
Pasillos de almacenaje.
16
Estantes.
Maquina de S/R (Storage/Retrieval).
Estaciones P& D (Pickup-and-Deposit).
2.3.1. Tipos de AS/RS
Unit Load AS/RS (AS/RS de carga de unidad): Gran sistema automatizado
disenado para manipular cargas de unidad almacenadas sobre plataformas o en
otros contenedores estandar.
Deep-Lane AS/RS (AS/RS de vıa/carril profunda): Las cargas se cogen por un
lado del estante por un tipo de maquina S/R disenada para la recuperacion, y
se usa otra maquina por el lado de entrada del estante para la entrada de carga.
Miniload AS/RS (AS/RS de mini carga): Se utiliza para manejar pequenas
cargas que estan contenidas en arcas o cajones en el sistema de almacenaje.
Esta propuesta esta enfocada en este tipo de ASRS, en donde el almacen y la
maquinaria se encuentran sobre una mesa principal. La mesa es estatica, ya que
se encontrara a un costado de la banda principal, de todo el sistema automati-
zado del Laboratorio de Automatizacion, en esta propuesta se cuenta tambien
con un brazo robotico, por lo tanto nuestra maquina ASRS es muy semejante
a este tipo ya que cuenta con varias caracterısticas de esta.
Las piezas que se manejaran tienen un diametro promedio de 0.5in, el cual es ac-
cesible para este tipo de ASRS, ya que las tenazas del gripper fueron disenadas
17
para poder sujetar piezas con este diametro, piezas con un diametro menor al
de 0.25in o ası bien poder sostener la base en la cual se sostienen las piezas.
Algunos beneficios con los que se cuenta en este sistema son:
• Mejora el rendimiento
• Recuperacion del espacio
• Inventario de precision y control
• Almacenamiento de alta velocidad / operacion de recuperacion
• El diseno flexible para facilitar la expansion (no se aplica a la lınea de
productos SMS)
• Reduccion de la fatiga del operador
• Empleado de seguridad
Man-On-Board AS/RS (AS/RS de hombre a bordo): Permite coger artıculos
individuales directamente de sus posiciones de almacenaje por un operador hu-
mano que va montado en el carro de la maquina S/R.
Automated item retrieval system (Sistema automatizado de recuperacion de
artıculo): Cuando se quiere recuperar un artıculo, este es empujado de su carril
y se deja caer en un transportador para la entrega en la estacion de recogida.
Vertical lift storage modules (Modulos de almacenaje de levantamiento verti-
cales): Emplean un pasillo central vertical para tener acceso a las cargas.
18
2.3.2. Aplicaciones de los AS/RS
Almacenamiento y recuperacion de unidades de carga. Esta aplicacion se lleva
cabo con AS/RS de unidad de carga o de tipo Deep Lane.
Recogida de pedidos. Los AS/RS de mini carga, Man-On-Board y de recuperacion de
artıculo son utilizados para esta segunda area de aplicacion.
Almacenaje de WIP. El AS/RS se utilizara como buffer entre procesos con tasas de
produccion muy diferentes.
Almacenamiento de materia prima o componentes para el ensamblaje, para reducir
el riesgo de posibles retrasos en las entregas de los proveedores.
2.4. Metodos de Diseno
Como se ha analizado, la ingenierıa concurrente [7] supone una revolucion en el
proceso de diseno (equipos multidisciplinares, diseno simultaneo del proceso, inte-
gracion de la ”voz del cliente”, etc.). Por todo ello, su implantacion viene asistida
por una variada gama de metodos de diseno, cuya relacion con las diferentes fases del
ciclo de vida del producto se representa en la Figura 2.2.
19
Figura 2.2: Metodos de Diseno e Ingenierıa Concurrente.
2.4.1. Analisis de Valor
Analisis de Valor (VFA, Value Function Analysis), consistente en identificar el
”valor”(utilidad, funcionalidad) de un producto, desarrollar una expresion analıtica
(funcion) que cuantifique dicho valor, y buscar soluciones alternativas que proporcio-
nen un valor mas elevado.
2.4.2. Taguchi
Tecnicas de Taguchi. El Dr. Genichi Taguchi investigo el modo de perfeccionar el
dise´ no de ingenierıa, afirmando que solo se puede conseguir un buen proyecto de
detalle si se parte de un buen dise´ no conceptual. Su principal aportacion es el con-
20
cepto de ”dise´ no robusto”, es decir, apto para fabricarse con buena calidad a pesar
de las variabilidad inherente al proceso de fabricacion. Para ello debe establecerse los
parametros basicos del diseno, y a continuacion determinar como (especificaciones de
proceso) se debe fabricar para lograr los niveles optimos de estos parametros.
2.4.3. Diseno para la X-bilidad
Design for X: Diseno para la X-bilidad (DFM, -manufacturability. DFA, assem-
bly.DFT, -testing. DFE, -environment, etc.) Este conjunto de tecnicas tienen la facul-
tad de orientar el diseno de forma que se facilite y simplifique el proceso de fabricacion
(mecanizado, ensamblaje, verificacion, reduccion del impacto medioambiental, etc.)
del objeto disenado. El campo en el que mas se ha desarrollado este concepto es el
ensamblaje de componentes.
2.4.4. Ingenierıa Concurrente
Alcanzar el exito en un entorno como el actual requiere de organizaciones fuerte-
mente competitivas que ademas de tecnologıa manejen un enfoque centrado en la
satisfaccion del cliente. Es aquı donde cobra importancia la Ingenierıa Concurrente,
la cual se basa en un enfoque simultaneo del desarrollo del producto que permite
a las empresas incrementar la productividad ante una reduccion significativa de los
tiempos de entrega y de los costos, ası como una integracion entre los diferentes de-
partamentos o areas y mejoras en la comunicacion de los mismos. Ademas, permite
mejorar la calidad del producto, debido a que desde su misma concepcion y diseno
se preve las caracterısticas y condiciones en las cuales se desarrollara, de tal manera
21
que se condiciona el producto a las especificaciones del cliente desde el inicio del ciclo
de vida del producto [8].
El incremento de la competencia y la incesante demanda del mercado, que pide
innovaciones aceleradamente, son caracterısticas del entorno actual, que exige a todos
los sectores, especialmente a las companıas manufactureras, un cambio drastico hacia
productos de alta calidad, de bajos costos y con tiempos de entrega mınimos. Por tan-
to, adoptar un enfoque orientado al cliente es la vıa certera para lograr estas metas.
La filosofıa de Ingenierıa Concurrente ha mostrado excelentes resultados en la mejo-
ra del desarrollo del producto en muchas companıas en diferentes paıses y sectores.
No en vano empresas como Toyota, Honda, Mazda, Nissan o Matsushita en Japon;
Chrysler, Ford, General Motors, Xerox o el Departamento de Defensa (DoF) en Es-
tados Unidos; los grupos Wolkswagen, Rover, Perkins Engines o Fiaten en Europa;
el grupo Vitro, Pond’s, o Fammasa en Mexico; Equipos Clark Metal Level, Cofap o
Freios Varga en Brasil, entre otras, y todas ellas consideradas de excelencia mundial,
han integrado la Ingenierıa Concurrente en sus practicas de gestion tecnologica, con
excelentes resultados en cuanto a calidad y reduccion en el costo, pero especialmente
en la disminucion del tiempo para llegar al mercado entre un 30 y 70 % [5].
La Ingenierıa Concurrente, tambien llamada Ingenierıa Simultanea, Ingenierıa
Paralela, Ingenierıa Total o Diseno Integrado de Producto, entre otros nombres, es
una filosofıa que incide directamente sobre la cultura de las organizaciones y replantea
la forma convencional de trabajar los proyectos.
El termino de Ingenierıa Concurrente surgio inicialmente en el verano de 1986
cuando fue utilizado en el reporte R-338 del Innstitute for Defense Analysis (IDA)
22
y es una de las definiciones mas universalmente aceptadas: ’Un esfuerzo sistematico
para un diseno integrado, concurrente del producto y de su correspondiente proceso de
fabricacion y servicio. Pretende que los encargados del desarrollo desde un principio,
tengan en cuenta todos los elementos del Ciclo de Vida del Producto (CVP), desde el
diseno conceptual hasta su disponibilidad, incluyendo calidad, costo y necesidad de
los usuarios’ [4].
La Ingenierıa Concurrente esta orientada a integrar sistematicamente y en forma
simultanea el diseno de productos y procesos, para que sean considerados desde un
principio todos los elementos del ciclo de vida de un producto, desde la concepcion
inicial hasta su disposicion final. Debe otorgar ademas una organizacion flexible y
bien estructurada, proponer redes de funciones apoyadas por tecnologıas apropiadas
y arquitecturas comunes de referencia.
El proceso de la Ingenierıa Concurrente es necesario para aumentar la previsibili-
dad de los costos, calidad y tiempo de desarrollo [9].
Este enfoque hacia el diseno que entrega la Ingenierıa Concurrente, da un gran
realce al papel que juegan las personas en sus respectivos trabajos, las cuales deben
estar bien instruidas.
La Ingenierıa Concurrente se refiere a un enfoque para el diseno de productos en
el cual las empresas intentan reducir el tiempo que se requiere para llevar un nuevo
producto al mercado, integrando ingenierıa de diseno, ingenierıa de manufactura y
23
otras funciones de la companıa [10].
Cabe destacar que la caracterıstica comun en la aplicacion de la Ingenierıa Con-
currente es que cada nuevo proyecto se maneja como una fuerza o equipo multidisci-
plinario trabajando tiempo completo como se muestra en la Figura 2.3 [4].
Figura 2.3: Equipo multidisciplinario de trabajo en IC.
Es claro que este enfoque permite identificar, en una fase suficientemente tem-
prana, puntos donde deben hacerse rectificaciones, con un costo mucho menor que si
se hicieran posteriormente.
La metodologıa de trabajo de la Ingenierıa Concurrente, en esencia utiliza las
mismas funciones involucradas en el ciclo de desarrollo de un producto de la forma
24
tradicional de trabajar que es la ingenierıa secuencial, a la cual reemplaza; sin embar-
go, la diferencia se halla en la interaccion constante que se produce entre las mismas.
Para alcanzar los objetivos la Ingenierıa Concurrente utiliza una serie de princip-
ios, los cuales son empleados en un enfoque sistematizado y estan relacionados con la
introduccion de cambios culturales, organizacionales, y tecnologicos en las companıas,
a traves de una serie de metodologıas, tecnicas y tecnologıas de informacion [11].
Los objetivos globales que se persiguen con la implementacion de la Ingenierıa Con-
currente son:
1. Acortar los tiempos de desarrollo de los productos.
2. Elevar la productividad.
3. Mejorar la utilizacion de los recursos.
4. Productos de alta calidad.
5. Reduccion en los costos de desarrollo de los productos.
25
Figura 2.4: Un modelo de proyecto con IC.
2.4.4.1. Herramientas y tecnicas asociadas a la Ingenierıa Concurrente
Aunque para aplicar los fundamentos de Ingenierıa Concurrente no es estricta-
mente necesario que la empresa haga fuertes inversiones en computadoras, software
sofisticado y equipos de ultima generacion, no cabe duda de que serıa ideal y de gran
importancia disponer, para la aplicacion del enfoque simultaneo, de herramientas y
tecnicas que faciliten y agilicen el proceso de toma de decisiones, ası como el de cam-
bio cultural. El desafıo para fabricar hoy es apoyarse en tecnicas que den una ventaja
competitiva por el uso de Tecnologıa de Informacion y herramientas que permitan el
enlace eficiente a traves de toda la cadena de valor. Un modelo de proyecto mediante
26
el uso de la Ingenierıa Concurrente se muestra en la Figura 2.4.
Entre las herramientas esenciales para la Ingenierıa Concurrente se incluyen los
Sistemas de Diseno Asistido por Computadora (CAD), que son muy importantes
porque permiten hacer simulacion en paralelo, con lo cual se disminuye el riesgo en el
momento de decidir por la opcion mas practica. Para maximizar los beneficios de la
Ingenierıa Concurrente se debe tender hacia la utilizacion no solo del Diseno sino tam-
bien de su integracion con la Manufactura Asistida por Computadora (CAD/CAM).
Con una correcta combinacion de hardware y software que permita a ingenieros de
diversas disciplinas trabajar en paralelo se logra disminuir la fabricacion de prototipos
y sus plazos de ejecucion pueden reducirse considerablemente. Igualmente, la Inge-
nierıa Asistida por Computadora (CAE) es otra de las herramientas que permite a
traves de software elaborar proyectos mas eficientemente. Es importante hacer refer-
encia que el uso de CAD/CAM/CAE tiene como prioridad automatizar el trabajo de
la elaboracion de proyectos, mientras que la Ingenierıa Concurrente se ocupa mas de
asegurar la interaccion entre los miembros del equipo que trabajan en el proyecto [5].
El enfoque de la Ingenierıa Concurrente se apoya en el compromiso de la gente y
en otras tecnicas como:
1. Despliegue de la funcion de calidad (QFD).
Se especifica el producto en una matriz, relacionando los deseos del consumidor
(atributos del cliente) con las caracterısticas cuantificadas de ingenierıa.
2. Control estadıstico de proceso (Spc).
27
Conjunto de tecnicas y procedimientos aplicados a las diversas fases del proceso
de manufactura para reducir o eliminar las fallas en la calidad del producto
final.
3. Analisis de fallas (FMEA).
Conjunto de actividades que identifican las posibles fallas de un producto o
proceso y sus causas, las medidas que pueden impedir o reducir la posibilidad de
ocurrencia y la documentacion del proceso, cuyo resultado sera la recomendacion
de mejoras.
4. Diseno para manufactura y ensamble (DFMA).
A traves de software se alerta al disenador de productos sobre las implicaciones
de su trabajo en la fase de manufactura.
5. Los metodos de Taguchi.
Conducen a un diseno robusto no afectado por las variables del proceso de
produccion.
6. Justo a tiempo (JIT).
Metodo de produccion que trata de tener disponibles los materiales unicamente
cuando se requieren, reduciendo considerablemente los costos de inventario.
7. Benchmarking.
Conjunto de procedimientos a traves de los cuales se comparan parametros y
especificaciones de un producto con los de la competencia, que tiene el maximo
desempeno.
28
8. Manufactura integrada por computadora (CIM).
Uso de software que permite aprovechar los recursos de la informatica para
conectar el equipo de manufactura con la base de datos del area de proyectos.
En la Figura 2.5 se presenta la Ingenierıa Concurrente y sus tecnicas asociadas
[4].
Figura 2.5: Ingenierıa Concurrente y sus tecnicas asociadas.
Debido a las grandes ventajas que presenta el enfoque de la Ingenierıa Concurrente
con respecto a la Ingenierıa Convencional, se hace uso de esta para el desarrollo de
nuestro proyecto. A continuacion se describe la herramienta a utilizar en este proyecto,
el Despliegue de la Funcion de la Calidad (QFD).
29
2.5. Validacion
El proceso de Validacion se inicia con las actividades de prevalidacion, las cuales
consisten en la recopilacion de la informacion. Posteriormente se procede a elaborar
los protocolos en donde se definen los objetivos especıficos de las evaluaciones a efec-
tuar, las responsabilidades de cada una de las areas involucradas en la validacion, se
establecen las variables de interes que se quieren monitorear y el plan de monitoreo
respectivo, ademas de incluir los criterios de aceptacion que no son otra cosa que la
comparacion de los resultados con los niveles permisibles o los resultados esperados.
Posteriormente se aborda el desarrollo de la validacion propiamente dicha en la cual
se realiza una evaluacion de una muestra representativa, en numero de lotes de pro-
duccion si la produccion es por lotes o en tiempo si esta es continua. Durante esta fase
se recopilan las muestras de las variables que se desean medir y se realizan los analisis
o calculos respectivos. Finalmente con los resultados arrojados por el proceso anterior
se hacen las recomendaciones respectivas, las conclusiones y las recomendaciones, que
despues de cumplir un plan de accion se cierran y se procede a declarar el proce-
so como validado. La vision general del proceso se puede visualizar en la siguiente
grafica:
30
Figura 2.6: Pasos para Validacion
Uno de los prerrequisitos mas importantes dentro del proceso de validacion de
los procesos en S&MA son las actividades de Calificacion, la cual busca garantizar
el cumplimiento de los requerimientos tecnicos y de funcionabilidad de los equipos,
areas o sistemas de apoyo crıtico para de esta forma asegurar el buen desempeno de
los mismos durante el proceso productivo.
Todo se inicia con la determinacion de los requerimientos de usuario donde se re-
copilan los deseos del cliente, es decir lo que el cliente espera que le haga el equipo,
sistema o area.
Posteriormente inician las calificaciones comparando que lo establecido en las especi-
ficaciones funcionales y de diseno sea realmente lo que se tiene en el sitio, en esta
etapa la calificacion en S&MA se realiza en tres fases:
31
2.5.1. IQ - Calificacion de Instalacion:
Que tiene por objeto establecer por medio de una inspeccion visual que el equipo,
area o sistema de apoyo crıtico ha sido construido e instalado de acuerdo con las es-
pecificaciones de diseno, las recomendaciones del fabricante y con los requerimientos
de la empresa.
¿Que se examina?
Las caracterısticas de diseno, los componentes mayores y menores del equipo, se veri-
fican los instrumentos de control con su calibracion para variables relacionadas con la
salud, la seguridad industrial y el medio ambiente; tambien se verifican los materiales
de construccion y los dispositivos de seguridad.
2.5.2. OQ - Calificacion de Operacion:
Busca establecer mediante pruebas, mediciones y retos que el equipo funciona
consistentemente de acuerdo con las especificaciones funcionales cuando opera de la
manera prevista.
¿Que se examina?
Las caracterısticas electricas (voltaje, amperaje, fases), las respuestas a pruebas de
funcionabilidad (Velocidades, presiones, temperaturas, etc.), los dispositivos automaticos
de parada y dispositivos de seguridad, los instrumentos de medicion y control (Rangos-
Calibracion), los procedimientos de operacion, las rutinas y programacion del man-
32
tenimiento preventivo, el cumplimiento en Buenas Practicas de Manufactura (BPM)
y el entrenamiento de los trabajadores.
2.5.3. PQ - Calificacion de Desempeno:
Busca retar al equipo para verificar que el equipo es capaz de responder a los
parametros de operacion que controlan los procesos en los cuales interviene.
¿Que se examina?
El comportamiento del equipo con el producto, en condiciones normales del proceso
y en condiciones extremas (desafıo)
Figura 2.7: Plan de Accion
Para todas las calificaciones (IQ,OQ y PQ) se debera seguir la siguiente directiva
y solamente se podra avanzar en el proceso si las discrepancias relacionadas con los
parametros de aceptacion, que hayan sido detectadas y relacionadas en el reporte
final, son finalmente corregidas como resultado de un plan de accion establecido.
33
2.5.4. Proceso Validado
Un proceso validado cumple con las siguientes caracterısticas:
Su desempeno es reproducible y consistente.
Cumple con los requerimientos establecidos.
Se tienen las evaluaciones y resultados documentados.
El proceso es robusto con los requerimientos establecidos en las monitorıas op-
eracionales de rutina; que pueden ser auditorias internas o externas de S&MA,
metodos de control estadıstico de procesos, etc..
A los procesos validados se les debe mantener a traves del tiempo; para esto se han
establecido 3 sistemas de control especıficos para garantizar la correcta asignacion de
las variables del proceso en el tiempo.
Programas de calibracion.
Mantenimiento preventivo.
Sistema de control de cambios.
34
Capıtulo 3
Metodologıa
3.1. Introduccion
La metodologıa utilizada en este proyecto fue la de Ingenierıa Concurrente apli-
cando la funcion QFD[12], antes de haber utilizado esta metodologıa nos basamos al
principio en la de prueba y error, costandonos valioso tiempo ya que por la falta de
experiencia en la construccion de maquinaria, apoyandonos de la ingenieria concur-
rente fue cuando se nos facilitaron las cosas para poder realizar de la mejor manera
la construccion de calidad de nuestra maquina ASRS.
3.2. Ingenierıa Concurrente
Uno de los objetivos de la IC es aumentar la flexibilidad para obtener productos
de alta calidad y una de las herramientas que podemos integrar en nuestro proyecto
es la funcion de calidad QFD que se desprende de esta filosofıa que esta orientada a
35
integrar sistematicamente y en forma simultanea el diseno de productos y procesos.
3.2.1. Despliegue de la Funcion de Calidad (QFD)
El concepto de calidad puede significar cosas diferentes para diferentes organiza-
ciones.
Para una fabrica, la calidad es un producto libre de problemas. Para un centro de
reservacion de hotel, la calidad es informacion precisa y oportuna. Sin embargo, se
puede ver un aspecto diferente de calidad que le falta a estos dos ejemplos. La clave
de la calidad es el valor que el cliente le pone al producto, y el valor es que tan bien
las caracterısticas de un producto cumplen con las necesidades del cliente [13].
El QFD (Quality Function Deployment) es mejor visto como un instrumento de
planificacion en el cual se relaciona una lista de placeres, deseos y necesidades de los
clientes con las exigencias tecnicas funcionales del diseno. Con la aplicacion del QFD,
se exploran las posibles relaciones entre las caracterısticas de calidad segun lo expre-
sado por los clientes y los requisitos de calidad expresados en terminos de ingenierıa.
En este contexto, se llaman requisitos crıticos a las caracterısticas, que incluyen
subconjuntos como crıtica a la calidad (CTQ) y crıtica a la entrega (CTD). En la
metodologıa QFD, los clientes definen el producto con sus propias palabras, que rara
vez llevan a alguna terminologıa tecnica significativa. De esta manera la voz del cliente
se puede fragmentar en una lista de necesidades utilizandose mas tarde como entradas
a un diagrama de relaciones, al que se llama casa de la calidad QFD.
36
El QFD es un sistema que busca focalizar el diseno de los produc-
tos y servicios en dar respuesta a las necesidades de los clientes. Esto es,
’transmitir’ los atributos de calidad que el cliente demanda a traves de los procesos
organizacionales, para que cada proceso pueda contribuir al aseguramiento de estas
caracterısticas. En terminos generales significa alinear lo que el cliente requiere con
lo que la organizacion produce.
El QFD permite en ocasiones una organizacion entender la prioridad de las necesi-
dades de sus clientes y encontrar respuestas innovadoras a esas necesidades, a traves
de la mejora continua de los productos y servicios en busqueda de maximizar la oferta
de valor [14].
3.2.2. QFD
En particular se ha optado por el uso de la Ingenierıa Concurrente como la filosofıa
a seguir en el rediseno de las piezas defectuosas de la maquina AS/RS, y tomando
la tecnica del QFD en particular como la herramienta para este proyecto, con una
validacion adecuada para poder obtener los mejores resultado de la construccion de
la maquina .
El uso del QFD presenta algunas ventajas tales como [13]:
1. Puede eliminar los problemas de los productos mucho antes de que lleguen al
mercado.
2. La matriz de QFD permite visualizar los temas en cuestion, y aumentan la
37
comunicacion entre funciones entre el equipo de diseno, el equipo de produccion,
el departamento de mantenimiento, y ası sucesivamente.
3. Se puede determinar la posicion en el mercado del producto con sus competi-
dores, basados en el valor para el cliente.
4. Se puede reducir el riesgo de introducir productos o servicios que los clientes no
desean. Es decir se basa en datos, no en conjeturas.
Figura 3.1: Ingeniera Concurrente en relacion con la metodologıa a seguir.
38
En la Figura 3.1 se presenta la organizacion de la metodologıa usada para el
desarrollo del proyecto.
1. Diseno
En esta etapa se propone una solucion de ingenieria al problema que resulte
practica y poco costosa.
2. Simulacion
En la etapa de simulacion se obtendra una respuesta cercana a la realidad del
diseno, gracias al completo conjunto de herramientas que incorporan hoy en dıa
el software de diseno. En nuestro caso en particular como herramienta se usara
el software SolidWorksTM para llevar a cabo las pruebas y analisis virtuales.
3. Dibujos detallados de ingenierıa
En esta etapa se realizan los planos de ingenierıa los cuales presentan una vision
general del dispositivo a construir, de forma que se pueda ver la situacion de
las distintas piezas que lo componen con relacion a las concordancias existentes
entre ellas. El plano debe contener toda la informacion necesaria para fabricar
cada pieza. Para ello hay que realizar las vistas, cortes y secciones necesarios.
4. Fabricacion de piezas
Es en esta etapa en la que se fabricaran las piezas que resulten del diseno
y vasados en los planos de ingenierıa se les dara la forma deseada mediante
procesos de remocion de material, por medio de operaciones de maquinado
tales como torneado, taladrado y fresado.
39
5. Ensamble de piezas
En esta etapa es donde las piezas despues de ser fabricadas se unen para formar
un conjunto de ensamble, estos se basan en los planos de conjuntos que se
desarrollan previamente y que nos muestran a detalle como y donde es que las
piezas van unidas unas con otras.
6. Validacion
Despues de una nueva instalacion y equipamiento de maquinas, se debe poder
confiar en que la maquina es apta para proceso de produccion, es decir, que
cumpla los estandares de calidad exigidos. Para garantizarlo de forma objetiva
y sistematica se necesita una etapa de validacion, mediante el uso de la maquina
vemos que esta cumple su cometido, en nuestro caso la validacion se realiza con
ensayos que simulen las condiciones reales de uso.
En este proyecto en especial se acude al rediseno de la mayoria de las piezas
debido a la etapa de fabricacion y ensamble, cuando en el momento de ensamblar
las piezas de acuerdo las especificaciones en el diseno de las piezas originales, vemos
la necesidad de acudir a modificarlas y volverlas a fabricar para volverlo a armar
con las especificaciones basadas a la necesidades del equipo para su funcionamiento
adecuado.
40
Capıtulo 4
Resultados
Se presentan a continuacion las caracterısticas mas sobresalientes con las cuales se
tuvieron que estar trabajando durante el desarrollo y la realizacion de este proyecto.
4.1. Introduccion
Para empezar a realiar la construccion de la maquina ASRS, antes que nada se tuvo
que haber analizado el diseno previamente hecho para poder parter de ahi y realizar
las adecuaciones necesarias para la realizacion mas optima del equipo, tambien se
tuvo que contemplar el material con el que se contaba y asi empezar a obtener los
resultados que acontinuacion se detallan.
41
4.2. Analisis del diseno
Se realizo el analisis del diseno realizado en la tesis de titulacion de ingenieria
por Fernando de Anda, ya que el ingeniero se enfoco por realizar hasta la simulacion
su proyecto debido por el tiempo corto para poder obtener su titulo, asi mismo al
revisarlo a detalle conforme se fue realizando los preparativos para la construccion de
este proyecto, se obtuvieron los siguientes problemas detectados.
4.2.1. Problemas Detectados
Se detectaron una serie de problemas los cuales a continuacion se presentan:
4.2.1.1. Tabla de FOS
En la tabla de FOS(Factor of Safety) o Factor de Seguridad se observo que 3 piezas
las cuales fueron probadas por un software de simulacion donde arroja una tabla que
se muestra en la Figura 4.1 podemos apreciar los valores que arroja el diseno de estas
piezas, en donde el autor de la tesis sugiere cambiar de material para que este sea
mas resistente.
42
Figura 4.1: Tabla de FOS
4.2.1.2. Base Rotor
En el diseno de la base del rotor mostrado en la Figura 4.2 se puede apreciar que el
diseno es complejo y que sufre de algunas partes muy fragiles que se muestran en los
circulos en donde se las pruebas ponen en alerta para tenerlo en cuenta, ademas que
para poder realizarla se requiere equipos muy sofisticados los cuales no se cuenta en
la Universidad ademas que estos equipos por lo general son muy lentos para realizar
piezas complejas.
43
Figura 4.2: Base del Rotor
4.2.1.3. Soporte Eje 06
En este soporte del Eje 06 podemos observar partes muy fragiles y es una de las
piezas en donde el peso de todo el eje que soporta los demas ejes, es mucho trabajo
para el diseno mostrado en la Figura 4.3.
44
Figura 4.3: Soporte Eje 06
4.2.1.4. Pinza 3.2
En esta Parte se muestra en la Figura 4.4 la pinza en donde se va a sujetar los
pallets para el almacen en donde el peso no estan impactante tambien se muestra una
seccion muy fragil en el diseno original.
Figura 4.4: Pinza 3.2
45
4.2.1.5. Soporte de Eje 05.1
En estos soportes podemos observar en la Figura 4.5 en donde se muestra una
guia y un soporte del eje en donde se muestra el mismo detalle de todos las demas
partes que se muestran ya que hay partes muy fragiles y la mayoria de las piezas son
muy complejas para el equipo con el que contamos en la UACJ
Figura 4.5: Soporte de Eje 05.1
Ademas de los disenos mostrados anteriormente podemos observar al momento de
desarrollar la construccion un error en la parte de los soportes de toda una seccion en
donde el mayor peso de los ejes provoca la curvatora de toda esa area y no obteniendo
las posiciones y firmeza deseada, aqui tambien se nos presenta un gran problema y
requiere de grandes modificaciones al diseno original.
46
4.2.2. Solucion de Problemas
Para la solucion de los problemas antes mencionados por el diseno tenemor que
recurrir al rediseno de las piezas y tambien de la maquina en si para poder realizar
la construccion de la maquina con exito y de calidad, por lo que se mostraran los
cambio necesarios para la construccion de la maquina y las adecuaciones para poder
realizar las piezas con el equipo con el que se cuenta, estas soluciones se mostraran
mas adelante ya que se van realizando y adecuando directamente en la construccion
de la maquina.
4.3. Material a utilizar
Se realizo un inventario para saber con que piezas y/o accesorios cuenta el Labo-
ratorio de Automatizacion Industrial, para ası poder ir investigando las necesidades y
requerimientos de las piezas existentes y de la misma manera poder ir desarrollando
los bosquejos de dicha maquina. Las piezas existentes para el presente proyecto son:
2 Servomotores Ultra 3000 de Allen Bradley
2 Ejes lineales
1 Gripper
1 Actuador lineal con guıa
1 Actuador semi-rotatorio
1 Sistema de Transporte de pallets
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Pallets
Piezas determinadas
1 PLC Allen Bradley PA-3
Para la construccion de la maquina ya mencionada se mando a comprar toda la
materia prima, cabe resaltar las 3 barras de aluminio extruido y barras solidas de
aluminio que se utilizaron, ya que es el material que mas se uso en la construccion de
esta maquina, logrando obtener bajo costo en todo ello
4.4. Desarrollo de Construccion
En esta seccion empezaremos a mostrar el proceso de construccion de la maquina
desde cero en donde con la ayuda de algunos de mis companeros pudimos realizar ya
esta parte del proyecto es lo mas complicado por el tiempo que lleva de realizar estas
tareas de ensamblaje y elaboracion de las piezas con el equipo de la Universidad.
En esta etapa se tuvieron que realizar una serie de adecuaciones que no se tomaron
en cuenta desde el diseno original, algunos soportes y guias, asi como piezas que se
tuvieron que particionar para poder realizarlas, para ello se realizo la construccion en
fases:
4.4.1. Fase 1: Mesa de Trabajo y Almacen
En esta fase se empeza a recolertar el material mostrado en la Figura 4.6 para
poder realizar la base de la mesa y el almacen que a continuacion mostraremos con
las siguientes figuras:
48
Figura 4.6: Material a Utilizar: Aluminio Destruido
En la siguiente Figura 4.7 se muestra el inicio de las uniones de la base de la mesa
de trabajo.
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Figura 4.7: Base de la mesa de trabajo con las uniones
En la siguiente Figura 4.8 se muestra la base de la mesa terminada y la planeacion
de la construccion del almacen.
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Figura 4.8: Mesa de trabajo terminada
En esta Figura 4.9 se muestra terminada la primera fase de la contruccion de la
maquina ASRS donde podemos ver la mesa de trabajo terminada con su almacen y
el soporte de los ejes preparada.
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Figura 4.9: Fase 1 terminado, Mesa y Almacen
4.4.2. Fase 2: Rediseno y Adecuaciones
En esta fase de construccion nos enfrentamos redisenar y adecuar la maquina de
ASRS, ya que originalmente contaba con un sistema de cables guia para el movimien-
to de los ejes, pero por el peso de estos mismos decidimos montar un sistema de
rodamiento para tener mejor agarre y tambien que ayude a minimizar el esfuerzo del
peso de todo los ejes montados, y algunas piezas se fueron redisenado para poder
hacerlas con el equipo con el que contamos, y algunas modificaciones se hicieron
tambien para no cambiar de material, y solo fue necesario incrementar sus grosores
en las partes mas debiles que encontramos, a continuacion mostramos las siguientes
imagenes con los resultados de dichas modificaciones.
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Figura 4.10: Soporte del Eje 06
En esta primer Figura 4.10 podemos apreciar el soporte del eje 06 en donde soporta
el motor desde el soporte del eje, esta pieza no se modifico del todo solo se tuvo que
construir en partes y reforzar con opresores para que se sujetara en la base.
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Figura 4.11: Soporte del Eje 05.1
Esta pieza en especial mostrada en la Figura 4.11tiene mucha complejidad de
tal manera que se hizo en partes ya que es el soporte que une a los ejes, y se tuvo
que redisenar para poder lograr la pieza de una manera mas efectiva y funcional,
eliminando piezas o figuras sobrantes del diseno original.
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Figura 4.12: Soporte del Eje 05
Este soporte en la Figura 4.12 se modifico con el grosor de la parte para que fuera
mas rigida ya que tiene la carga de todo el peso del equipo automatizado con el que
cuenta la maquina ASRS, y se utilizo el mismo material sin necesidad de cambiar.
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Figura 4.13: Sistema de rodamiento
En la Figura 4.13 podemos ver la adecuacion de un sistema de rodamiento que
contiene un tubo de acero y un rodamiento con baleros para poder desplazar el eje
sin ningun problema de friccion siendo un sistema muy utilizado en los sistemas
automatizados y nos ayuda a compensar el peso de carga del eje a desplazar.
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Figura 4.14: Soporte del sistema de rodamiento
Podemos apreciar en la Figura 4.14 com esta adecuado por medio de aluminio
los sujetadores del sistema de rodamiento con opresores para que no tuviera algun
movimiento no deseado del mismo, para que funcione de la mejor manera posible.
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Figura 4.15: Base del Rotor
En esta Figura 4.15 podemos ver la pieza que une al eje del servo motor con el que
se va a desplazar, esta base por su complejidad se realizo en una serie de piezas en
las que tuvimos que ser muy precisos por la importancia de su funcion y la dificultad
para realizarla, logrando con el equipo que tenemos un exito en la pieza que da base
al servomotor.
4.4.3. Fase 3: Sistema de Control
En esta fase, empezamos a realizar la parte de la integracion del sistema de control,
es aqui la parte medular de nuestro sistema ya que involucra los conocimientos de
electronica, programacion y neumatica, mostrando por una parte el cableado de los
sensores, controladores, plcs, la parte neumatica de valvulas, etc., que acontinuacion
mostraremos en las siguientes imagenes.
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Figura 4.16: Fuente de Poder del Sistema ASRS
En la Figura 4.16 podemos observar la fuente de poder que alimenta a nuestro
sistema de control con los PLC’s
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Figura 4.17: Controladores (drivers) de los Ejes
Aqui podemor observar en la Figura 4.17 los Drivers (controladores) donde ten-
emos el control de los ejes de nuestro sistema de almacen, donde observamos que el
medio de comunicacion con el PLC’s es por medio de fibra optica, es algo es impor-
tante mencionar por la gran vanguardia de tecnologıa de nuestro sistema.
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Figura 4.18: Modulos de Entrada y Salida
En estos modulos que observamos en la Figura 4.18 contamos con las entradas y
salidad de nuestro sistema en donde tenemos la conectividad de nuestros sensores a lo
largo de nuestro proyecto y de las valvulas nuematicas para su correcto desempeno.
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Figura 4.19: Valvulas de estrangulamiento
En la Figura 4.19 podemos apreciar la ubicacion de las valvulas de estrangulamien-
to que se utilizaron para el sistema nuematico para el levantamiento de los pallets
desde la banda hasta el posicionamiento adecuado en el almacen.
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Figura 4.20: Sistema de Control de PLC cableado
Podemos ver en la Figura 4.20 todo el sistema cableado de control ubicado en la
parte inferior de la mesa de trabajo, en donde se integra toda la parte de control de
ejes, sensores, valvulas y efectores de nuestro sistema de almacenamiento ASRS, en
pocas palabras el corazon del proyecto.
4.4.4. Fase 4: Pruebas y Validaciones
4.4.5. Equipo Utilizado
Acontinuacion mostraremos algunas maquinas en las siguientes del laboratorio
de maquinado de la UACJ en donde pudimos hacer lo necesario requerido por la
demanda de nuestro proyecto.
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Figura 4.21: Torno Convencional
En la Figura 4.21 podemos apreciar el torno convencional que utilizamos para
realizar algunas perforaciones para poder ensamblar algunas de las otras piezas asi
como adaptar el torno para perforar laminas de acero inoxidable las cuales se necesito
disminuir la velocidad para poder traspasar el material rigido y obtener lo necesario
para ensamblar la parte de control de la maquina.
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Figura 4.22: Sierra Banda
Podemos apreciar en la Figura 4.22 la maquina que utilizamos para cortar las
barras de aluminio destruido para hacer las patas de la mesa de trabajo y de todo el
almacen.
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(a) Fresa (b) Fresa con Pieza
Figura 4.23: Fresadora
En estas Figuras 4.23 (a) y (b) podemos apreciar la maquina fresadora la cual es
la que tiene mas demanda de uso por su precision y rigides para hacer manualmente
piezas o rectificar piezas, la cual utilizamos mucho para nuestro poroyecto, siendo de
gran ayuda.
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Figura 4.24: Electroerosionadora de hilo
En la Figura 4.24 podemos apreciar la maquin electroerosionadora que utilizamos
para las piezas mas complejas siendo de gran ayuda para nosotros ya que su forma
de cortar el material es muy eficiente y fino, el tiempo era lo unico que nos limitaba
ya que trabajaba toda la noche para poder terminar una sola pieza, pero el resultado
era excelente.
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