Unidad I

INTRODUCCIÓN FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA AVANZADA Es una realidad que el diseño de manufactura está directamente relacionado con el diseño por costos y que ambas partes están íntimamente ligadas, esta realidad aplica igual para diseños de productos mecánicos, eléctricos o electrónicos. Entonces es fundamental considerar al diseño de manufactura (DFM - por sus siglas en inglés) como una fase fundamental dentro del diseño de cualquier producto. 1.1 CONCEPTO DE MANUFACTURA La manufactura puede definirse de dos maneras: tecnológica y económica. Tecnológicamente es la aplicación de procesos químicos y físicos que alteran la geometría, las propiedades o el aspecto de un determinado material para elaborar partes o productos terminados. Los procesos para realizar la manufactura involucran una combinación de máquinas, herramientas, energía y trabajo manual. La manufactura se realiza casi siempre como una sucesión de operaciones. Económicamente, la manufactura es la transformación de materiales en un artículo de mayor valor, a través de una o más operaciones o procesos de ensamble. El punto clave es que la manufactura agrega valor al material original, cambiando su forma o propiedades o al combinarlo con otros materiales que han sido alterados en forma similar. El material original se vuelve más valioso mediante las operaciones de manufactura. 1.2 PROCESOS DE MANUFACTURA El objetivo fundamental en un Proceso de Manufactura obtener piezas de configuración geométrica requerida y acabado deseado a través de la selección y uso de las máquinas adecuadas. Tipos procesos de Manufactura: a) Eliminación de material: metales, plásticos. Mecánica, térmica, química y electroquímica. b) Formación de material: metales, plásticos, cerámica Utilización de

moldes. c) Deformación: metales. Forja, plegado. d) Unión de material: metales. Soldadura, pegado. 1.3 SISTEMAS DE MANUFACTURA Un sistema de manufactura es la combinación de recursos materiales (materia prima y herramientas) y humanos condicionados por requerimientos de diseño de un producto. Los sistemas de manufactura se clasifican en:

1. De Transformación 2. De Ensamble

La evolución de los componentes que participan en sistemas de manufactura se dirige hacia una mayor flexibilidad, con base en ello se establecen los siguientes tipos:

1. Línea de transferencia: Para un gran volumen de producción y piezas idénticas, se considera que este sistema es inflexible.

2. Sistemas de fabricación flexibles: (FMS) Medio volumen de fabricación y flexibilidad. La mayoría de las funciones del sistema están asistidas por computadora (control de máquinas, gestión material, planificación producción)

3. Célula flexible de Manufactura: Muy flexible, máquinas completamente automáticas y robots DISEÑO DE PRODUCTOS PARA MANUFACTURA Y ENSAMBLE (DFME) El diseño de productos para manufactura es una actividad que comienza con los bosquejos de partes y ensambles y luego avanza hasta la estación de trabajo de diseño asistido por computadora, en donde se producen los diagramas de ensamble y dibujos detallados de las diversas partes. Estos dibujos se entregan a los ingenieros de manufactura y ensamble, cuya función consiste en optimizar los procesos utilizados para fabricar el producto final. En esta etapa es cuando se presentan problemas de manufactura y se solicitan cambios en el diseño, estos cambios son drásticos y redundan en un costo adicional considerable y en demoras en la fabricación del producto. Una manera de superar este problema es consultar a los ingenieros de manufactura durante la etapa de diseño. El trabajo en equipo evita muchos de los problemas de manufactura. Estos equipos requieren herramientas de análisis para poder

estudiar los diseños propuestos y evaluarlos desde el punto de vista de las dificultades y costos de manufactura. El principal mejoramiento relacionado con el DFME es la simplificación del producto mediante la reducción del número de componentes individuales. Con el fin de orientar al diseñador en cuanto a esta reducción, la metodología provee tres criterios con los cuales se debe de examinar cada componente a medida que se agrega a los productos durante el ensamble: Durante la operación del producto, ¿el componente se mueve con relación a todos los demás componentes ya ensamblados? ¿El componente tiene que estar fabricado con un material diferente del de otras piezas ya ensambladas o tienen que estar aislado de éstas? ¿El componente debe estar separado de todos los demás componentes para permitir el desensamble del producto con el fin de hacerle ajustes o mantenimiento? A partir de este análisis, el equipo de diseño debe justificar el por qué se deben incluir piezas adicionales al mínimo. La justificación puede derivarse de consideraciones: Prácticas Técnicas Económicas El DFME tiene dos elementos clave: El diseño por ensamble (DFA) y el diseño por partes (DFP). 1.4.1 DISEÑO POR ENSAMBLE Principios generales del Diseño por ensamble: Usar la menor cantidad de partes posible para reducir la cantidad de ensambles requeridos. Reducir la cantidad de sujetadores roscados requeridos. Estandarizar los sujetadores. Reducir dificultades de orientaciones de las partes. Evitar las partes que se enredan. Selección del método de ensamblado: diseño de ensamblado manual, ensamblado por robot o computadora, ensamblado automático. La eficiencia durante el ensamblado puede ser expresada como sigue: EM = 3 x NM/ TM Donde NM es el mínimo de partes y el TM es el tiempo total de ensamblado manual. El esquema anterior se realiza para cada uno de los diseños tipo y de esta manera se analiza en la hoja de trabajo cual diseño es el más eficiente. Este método o herramienta es particularmente útil en situaciones de rediseño debido a que se tiene un claro punto de referencia, además de que se puede conocer. Ensamble manual. Consiste en múltiples estaciones de trabajo ordenadas en forma secuencial en las cuales trabajadores humanos ejecutan operaciones de ensamble. El procedimiento usual en una línea manual empieza con el

lanzamiento de una parte base en el extremo inicial de la línea. La base viaja por cada estación, en donde los trabajadores realizan tareas que construyen el producto progresivamente. Ejemplo: La maquiladora de arneses. Ensamble automatizado. Consiste en una o más estaciones de trabajo que ejecutan operaciones de ensamble, como agregar componentes y fijarlos a la unidad de trabajo. Los sistemas de ensamble automatizado se dividen en:

1. Sistemas de una sola estación

2. Sistemas de múltiples estaciones.

Las celdas de estación única, se organizan alrededor de un robot industrial programado para realizar una secuencia de pasos de ensamble convenientes para producción baja. Los sistemas de estaciones múltiples son convenientes para producción alta. La cantidad de componentes y pasos de ensamble es limitada porque la confiabilidad del sistema disminuye rápidamente cuando aumenta la complejidad.

1.4.2 DISEÑO POR PARTES El diseño por partes es más difícil debido a la diversidad del mismo, ya que existen diferentes tipos de procesos de producción para el diseño por partes y además es importante que se tenga información disponible para cada uno de esos tipos o procesos. Los procesos necesarios para manufacturar una parte específica se determinan en gran parte por el material con que se fabrica la parte. Una secuencia típica de procesamiento para fabricar una parte separada consiste en: 1) un proceso básico, 2) uno o más secundarios, 3) operaciones para mejorar las propiedades físicas y 4) operaciones de acabado. Los procesos básicos y secundarios son de formado, los cuales alteran la geometría de la materia prima, estableciendo así la forma inicial de la parte que se diseña. Los procesos para el mejoramiento de propiedades incluyen el tratamiento de componentes. El último tipo de procesos que son las operaciones de acabado por lo general proporcionan un recubrimiento en la superficie de la parte de trabajo. Ejemplo: una parte que se endurece mediante tratamiento térmico. Antes del tratamiento térmico, la parte se deja con un tamaño más grande de lo ideal para permitir la distorsión. Tras el endurecimiento, se reducen al tamaño y tolerancia finales mediante acabado por esmerilado.

1.5 CONSIDERACIONES PARA LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA Requerimientos de diseño: la secuencia de procesos debe satisfacer las dimensiones, tolerancias, acabados de superficies y otras especificaciones establecidas por el diseño de productos. Requerimientos de calidad. Volumen y velocidad de producción. Utilización del material. Eliminar pasos innecesarios. Flexibilidad. Seguridad. Costo mínimo. Selección de procesos La selección de los procesos se refiere a la decisión estratégica de seleccionar qué tipo de procesos de producción se deben tener en la planta. Los tipos de procesos en el nivel más básico son: Procesos de conversión, un ejemplo es convertir hierro en láminas de acero. Procesos de fabricación, un ejemplo es darle a la materia prime alguna forma específica. Procesos de ensamble, un ejemplo es ensamblar un guardafangos en un carro. Procesos de prueba, este no es un proceso fundamental pero sí una de las principales actividades individuales. 1.6 ESTRUCTURAS DE FLUJO DE PROCESO Es la manera en que una fábrica organiza el flujo de material mediante uno o más de los tipos de proceso. La selección de la estructura de flujo depende por lo general de los requerimientos de volumen para cada producto. Tipos de estructuras: Talleres de trabajo. Es la producción de pequeñas series de una gran cantidad de productos diferentes, la mayor parte de los cuales requiere una serie o secuencia distinta de pasos de procesamiento. Lotes. Es una especie de taller de trabajo un poco estandarizado. Esta estructura se emplea cuando una empresa tiene una línea relativamente estable de productos, cada uno se produce en lotes periódicos, ya sea de acuerdo con los pedidos del cliente o como inventario. Casi todos estos elementos siguen el mismo patrón de flujo en la planta. Línea de ensamble. Es la producción de componentes discretos, que pasan de una estación de trabajo a otra a un ritmo controlado, siguiendo la secuencia requerida para fabricar el producto.

Flujo continuo. Es la conversión o procesamiento adicional de materiales no diferenciados como petróleo, químicos o cerveza. Es parecido a las líneas de ensamble en donde la producción pasa por una secuencia de pasos predeterminada, pero el flujo es continuo en vez de discreto. Estas estructuras suelen ser altamente automatizadas y se constituyen de una máquina integrada que debe ser operada 24 horas al día para evitar cierres y arranques costosos. El diseño de flujo de proceso se concentra en los procesos específicos que siguen las materias, los componentes y los subensambles a medida que pasan por la planta. Las herramientas gerenciales de producción que más se utilizan en la planeación del flujo de proceso son los dibujos de ensamble, los diagramas de ensamble, las horas ruta y los diagramas de flujo de proceso. Cada una de ellas es una herramienta de diagnóstico útil y se puede emplear para mejorar las operaciones durante el estado estable del sistema productivo. 1.7 LAS HERRAMIENTAS GERENCIALES DE PRODUCCIÓN Dibujo de ensamble. Es simplemente una vista ampliada del producto, en donde aparecen sus partes. Diagrama de ensamble. Utiliza la información que aparece en el dibujo de ensamble y define, entre otras cosas, cómo se integran las partes, su orden de ensamble y con frecuencia el patrón global del flujo de materiales. Hoja de operaciones y ruta. Debe incluir todas las operaciones de manufactura que se van a realizar en la pieza de trabajo y en listadas en el orden conveniente en el que van a realizar. Para cada operación debe en listarse lo siguiente:

1. una breve descripción de la operación indicando el trabajo que se va a hacer, las superficies que se van a procesar ya indicadas en dibujo de la parte y las dimensiones,

2. el equipo en el cual se va a realizar el trabajo y 3. cualquier habilitación especial de herramientas requerida.

Diagrama de flujo de procesos. Utiliza símbolos para indicar lo que le sucede al producto a medida que avanza por la línea de producción. Los símbolos se explican a un lado del diagrama. Como regla general, cuantas menos demoras y almacenamientos tenga el proceso, mejor será el flujo.

TEMA 2. AUTOMATIZACIÓN 2.1 DEFINICIÓN DE AUTOMATIZACIÓN: La automatización es la tendencia a reducir la participación del ser humano en un proceso. 2.2 TIPOS DE AUTOMATIZACIÓN

AUTOMATIZACIÓN FIJA La automatización fija se logra a través de sistemas de control convencional que no permiten el cambio sencillo del orden de los procesos. Las características de éste tipo de automación son ideales cuando se requiere: Un volumen alto de producción Un diseño producto estable Un ciclo de vida producto largo AUTOMATIZACIÓN FLEXIBLE O PROGRAMABLE El objetivo de la automatización flexible es lograr repetibilidad cuando volumen de producción bajo. En este tipo de automatización se desarrolla un programa para cada producto y pueden cambiarse las instrucciones para modificar el proceso de producción. 2.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA AUTOMATIZACIÓN

Ventajas 1. Liberación de los recursos humanos para realizar actividades que requieran

mayor capacidad intelectual 2. Reducción de la participación del hombre en trabajos peligrosos y/o

desagradables 3. Incremento de productividad 4. Estandarización de la calidad 5. Reducción ciclo de fabricación 6. Incremento de capacidad 7. Reducción de inventarios

Desventajas

1. Incremento de costes fijos 2. Incremento de mantenimiento 3. Reducción de flexibilidad de recursos

2.4 ESTRATEGIAS DE LA AUTOMATIZACIÓN Las estrategias de automatización varían de acuerdo a los requerimientos de producción e innovación de cada empresa en particular. Las estrategias que se emplean son: Automatización débil Consiste en modificar las máquinas convencionales adicionando accesorios que eliminen la participación del operador. Algunos ejemplos pueden ser la adición de intercambiadores automáticos de herramientas. Automatización intermedia Consiste en implementar al proceso de producción elementos de vanguardia que garanticen la estandarización de los productos. Esto se logra con el uso de Robots y Máquinas de Control numérico y admite la evolución de lenguajes de procesamiento (CAM) así como la integración de dichos equipos (FMS) Automatización Avanzada Se logra con la tecnología del CIM, es decir la integración de todos los componentes del proceso productivo, con intercambio de información , generación de históricos. 2.5 EVOLUCIÓN DEL CONTROL COMPUTARIZADO EN MANUFACTURA 2.5.1 El Término CIM El término CIM que significa ”Computer Integrated Manufacturing” (Manufactura Integrada por computadora), es un concepto que ha estimulado la imaginación de la industria desde que fue creado en los principios de los años 70´s. Desde que comenzó a ser utilizado, el termino CIM expreso el concepto de integración de computadoras digitales aplicadas en el proceso industrial. Al principio, el término CIM fue usado principalmente solo en operaciones simples de fabricación. Se refería al control directo de operaciones de fabricación a través de computadoras digitales en la fabrica. En el transcurso de los últimos 15 años, las computadoras pasaron a ser lo suficientemente poderosas y económicas como para controlar la comunicación entre los diferentes tipos de operaciones. El uso del término CIM se expandió gradualmente hasta significar la interconexión e integración de las computadoras dentro de todos los aspectos de las operaciones industriales como son: Proyecto y diseño del producto. Entrada de pedidos. Planeación y control de la producción. Control de flujo de materiales. Control de las operaciones de fabricación. Control de calidad.

Manejo de los equipos. Precios y contabilidad. Manipulación y Embarque. 2.5.2 La tecnología de grupos

La tecnología de grupos es el conjunto de actividades que se realizan a todos los niveles de una empresa para producir de piezas con características comunes a través de un arreglo realizado para un grupo de máquinas (llamadas grupo tecnológico).

Al grupo de piezas que tienen características comunes de forma geométrica, tamaño y pasos procesamiento para su fabricación se le conoce como familia de piezas.

Requerimientos para aplicar GT

Bajo volumen de producción.

Variedad de productos.

Demanda estable.

Semejanza.

Posibilidad de cambios en la distribución de planta.

Necesidades de información.

La relacionada con carga de máquinas; número y tipo de operaciones; tumos y ritmos de trabajo; tiempos; etc.

La que se refiere a las máquinas: cantidad, tamaño, tipo, etc.

Sobre planos, materia prima, proceso de fabricación, etc.

Sobre pronósticos de venta, estadísticas, proyecciones de demanda, etc.

Metodología para la formación de GT

• Especificar familias de piezas. Es fundamental que existan piezas con características comunes de tal manera que puedan agruparse en familias. Debe seleccionarse con cuidado el sistema de clasificación y codificación que mejor se adapte a la compañía.

Hay varias formas para identificar familias de partes. Un método involucra la inspección visual de todas las partes hechas en la fábrica y el uso del mejor juicio para agruparlas en familias apropiadas. Otro enfoque, denominado análisis de flujo de producción, usa la información que contienen las hojas de ruta para clasificar las partes. El método que probablemente se usa más es el de la clasificación y codificación de partes, implica la identificación de similitudes y

diferencias entre las partes para relacionarlas mediante un esquema de codificación común. Este método contiene lo siguiente: sistemas basados en atributos del diseño de partes, sistemas basados en atributos de la manufactura de partes y sistemas basados tanto en atributos de diseño como de manufactura.

• Identificación de la maquinaria existente. Debe realizarse una actualización de las máquinas disponibles.

• Información adicional. Es conveniente considerar información de otros departamentos tal como: Posibilidad de compra de equipo nuevo. Pronósticos de venta de artículos nuevos. Políticas de ventas. Cambios en los métodos de manufactura, materiales, herramientas, etc.

• Asignación inicial de familias a grupos de máquinas. Este paso incluye la determinación del número y tipo de máquinas, su distribución y la programación de producción.

• Introducción del primer grupo. Recomendándose hacer pruebas en células que sean representativas de las demás.

• Depuración de células de manufactura. Considerar: diseño de herramientas y dispositivos, estandarización de operaciones y métodos de trabajo y la distribución óptima de maquinaria y equipo.

Célula de Manufactura

En general el mejoramiento se obtiene organizando las instalaciones de producción en celdas de manufactura. Cada celda se diseña para producir una familia de partes (o una cantidad limitada de familias de partes), con lo que sigue el principio de la especialización de las operaciones. La celda incluye equipo especial de producción y herramientas y soportes personalizados para optimizar la producción de las familias de partes. Cada celda se convierte en una fábrica dentro de la fábrica.

Entrada

Salida

Máquinas Operarios Desplazamiento

del operario