MANUFACTURA INTERGRADA POR COMPUTADOR (Computer Integrated Manufacture)

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1 MANUFACTURA INTERGRADA POR COMPUTADOR (Computer Integrated Manufacture) Introducción CIM (Computer Integrated manufacturing) es un enfoque (o planeamiento) de la fabricación que emplea la tecnología informática para mejorar el rendimiento del sistema productivo (incrementar productividad y calidad reduciendo coste y tiempo) a través de el procesado y verificación de la información en todas las fases de la fabricación. Esta versión del concepto CIM proporciona una amplia definición que incluye no solo todas las funciones de ingeniería sino también todas las funciones administrativas y comerciales de la empresa. El modelo CIM es aplicable a todas las funciones Operacionales y de proceso de información de la fábrica, desde la recepción de los pedidos, el diseño, la producción y finalmente la distribución de productos. Por lo tanto, los sistemas de fabricación integrados mediante computador por los sistemas CIM son aquellos entornos productivos en los que las posibilidades que ofrece el tratamiento de la información mediante computador son utilizadas, no solamente para controlar las operaciones de fabricación, sino para gestionar el conjunto del proceso de producción, considerado como un sistema cerrado. Para conseguir este objetivo los sistemas CIM se valen de computadores situados en las diversas áreas relacionadas con el proceso de producción: desde la planificación de la producción, el diseño y la fabricación del producto, hasta las pruebas para asegurar la calidad del mismo. La flexibilidad se consigue mediante el acoplamiento y sincronización del flujo de datos e información con los medio automatizados de fabricación, transporte y almacenamiento, mediante redes locales LAN (Local Area Network) que permiten realizar la conexión entre los computadores de los diversos subsistemas. DEFINICIONES CASA/SME (Computer and automated systems association-society of Manufacturing Engineers) define un sistema CIM como aquel que alcanza los tres siguientes objetivos: 1. El establecimiento de una red de información que abarque la totalidad de la planta de fabricación. 2. El establecimiento de una arquitectura global de flujo de información y adquisición de datos 3. La simplificación de la función de producción. De forma más grafica, SME presento en 1985 su famosa rueda de la empresa CIM (figura 1). Como núcleo de esta rueda aparece la arquitectura integrada de sistemas.

2 Figura 1. Rueda del CIM (SME). (Tomado de Capuz, 2001) Ventajas: Enumera 21 aspectos de la operación de la compañía relacionándolos entre sí sobre un núcleo de Arquitectura integrada de sistemas y administración de recursos de información. Enfatiza la totalidad de la integración y la necesidad de una arquitectura para proporcionar la integración y de una estrategia relacionada con la organización y administración de la información y de los datos de la compañía. Inconvenientes: La función de la calidad ha pasado de ser una función separada a ser un nexo de unión entre todos los componentes de la organización. Esto ha sido reconocido por la aparición de la TQM (Total Quality Management) de forma que la rueda del CIM debería actualmente tener un círculo de calidad a su alrededor. La rueda del CIM omite las relaciones externas de la compañía con sus proveedores o clientes. Lo que en la actualidad supone una seria limitación pues estas relaciones se están potenciando extremadamente. La rueda del CIM rompe con el concepto tradicional de la empresa compuesta por una jerarquía de departamentos. Sin embargo su aplicación principal se limita a una única empresa y, más aún, a una única planta de fabricación. Posteriormente se ha publicado varias modificaciones y actualizaciones de la misma, introduciendo un significativo cambio de filosofía, donde el centro de la rueda es el cliente.

3 Figura 2. Nueva rueda del CIM (CASA-SME). (Tomado de Capuz, 2001) Sin embargo existen diferentes maneras de entender y representar la idea de CIM y los conceptos con él relacionados. Ingersoll Engineers (figura 3) proponen un modelo del CIM muy diferente. Figura 3. Modelo de sistema CIM (Ingersoll Engineers). (Tomado de Capuz, 2001) Desde que el término Computer Integrated manufacturing fuera usado por primera vez por Harrington para describir una estructura de control y comunicación que ligaba varios

4 componentes de un sistema productivo, el concepto CIM ha sufrido una profunda evolución que incluye el cambio de sus siglas, pasando a representar Computer Integrated Manegement. El instituto de Cranfield define a CIM como el aprovechamiento de las herramientas y las técnicas que permiten el uso de la información para mejorar el rendimiento de la empresa. CIM (Computer Integrated Manufacturing/ Manegement) es una estrategia de gestión basada en la integración de sistemas para mejorar los resultados de la empresa, mediante la asistencia (siempre que sea posible) en las funciones de empresa existentes dentro de la organización o relacionada con los clientes y proveedores, de tecnologías informáticas adecuadas, usando bases de datos comunes conectadas mediante redes de computadoras, con el fin de perseguir una ventaja competitiva. En la definición anterior de CIM se resalta expresamente la necesidad de trabajar con bases de datos unificadas (integradas). La diversidad e incompatibilidad de la fuente de datos de esta información y bases de datos de una empresa ha resultado ser uno de las palabras claves a la hora de implementar verdaderos sistemas CIM. La figura 4 representa este concepto. Figura 4. Información asociada al producto. (Tomado de Capuz, 2001) En entornos complejos como éste es frecuente recurrir a arquitecturas por niveles. En este caso se habla de la pirámide de la automatización CIM (Figura 5), en la cual se identifican diferentes niveles dentro del proceso industrial. Le existencia e interrelación entre los diferentes niveles es posible gracias a las redes de información y los grandes avances en los computadores. Se divide en niveles de acuerdo con el tráfico y tipo de información que se intercambia. Nivel de gestión: Procesa tareas de tipo corporativo que implican, generalmente, grandes cantidades de información (administración). Se puede acceder a todos los puntos de la red para,

5 por ejemplo, recoger datos de proceso y transmitir nuevas consignas de producción. Puede haber cientos de puestos de trabajo (estaciones). Los equipos que aparecen aquí son computadores personales, minicomputadores y grandes equipos informáticos. Desde aquí se accede al exterior mediante redes de área amplia (Wan). Nivel de célula: Procesa las tareas de automatización. Aquí aparecen los autómatas, PCs y equipos de visualización. La transferencia de información es considerable, aumentando el tamaño de los paquetes de información y el tiempo de tránsito necesario para la transmisión de éstos. Ya no es tan importante la rapidez, prima más la seguridad del envío. Nivel de campo: Realiza la unión entre las instalaciones y los equipos que las controlan. Permite la comunicación entre los equipos de control de maquinaria y los equipos de nivel de célula. La periferia distribuida en planta, compuesta por módulos de entradas/salidas, medidores, sistemas de control de velocidad, válvulas o pantallas de operador, emplea técnicas de transmisión muy eficientes, capaces de manejar en tiempo real, utilizando comunicaciones cíclicas o acíclicas. Nivel actuador-sensor: En cualquier aplicación automatizada tenemos multitud de elementos que requieren uno o algunos bits de información (de entrada o salida) para trabajar (pulsadores, selectores, sensores, pilotos). Esta característica es la que define el nivel sensor-actuador (pocos bits) dentro de un sistema automatizado. Este nivel es el peldaño más bajo dentro de la jerarquía de los sistemas automatizados. Trabaja con poca información, y su gestión es relativamente sencilla. Las interfases utilizan técnicas de instalación sencillas y de bajo coste, empleando el mismo medio para alimentar a los elementos de campo y para transmitir la información mediante comunicaciones cíclicas. GESTIÓ CÉLULA CAMPO ACTUADOR/SENS Figura 5. Pirámide de la automatización CIM. (Tomado de Rodríguez, 2007)

6 ELEMENTOS DE UN SISTEMA CIM Una empresa CIM integra el empleo de las denominadas tecnologías avanzadas de fabricación (AMT, Advanced Manufacture Technologies) con las tecnologías de información (IT, Information Technologies). La figura 6 muestra un esquema general de los conceptos introducidos en este apartado. FUNCIONES ACCIONES ASISTIDAS POR COMPUTADOR DESARROLLO DEL PRODUCTO Planificar Concebir-Diseñar CAE, Computer Aided Engineering Dibujar/Elaborar PREPARACION DEL TRABAJO CAD, Computer Aided Design Qué, Cómo, Con Qué va a ser CAP, Computer producido? Aided Planning CAM, Computer PLANIFICACIÓN DE LA Aided FABRICACIÓN / PRODUCCIÓN PPC, Production Manufacturing Program Determinar Cuánto, Cuándo, Dónde, Control Con qué se ha de producir Control de la Fabricación / Producción DNC, Distributed or Direct Numerical Ordenes de Trabajo Control Control de Ordenes de Trabajo Control de Fabricación / Producción DL, Data Logging CAQ, Computer Aided Quality Control del Proceso / Supervisión Centros de Mecanizado Aseguramiento de la Calidad Maquinas de C.N FMS, Fabricación y Ensamblado Robots Sistemas Sistemas de Fabricación Almacenes Automatizados Flexibles de Maquinas / Grupos de Maquinas Fabricación Sistemas de Manipulación Sistemas de Transporte Automatizado Sistemas de Almacenamiento Sistemas de Manutención Flujo de Material Figura 6. Elementos de un sistema CIM. (Tomado de Capuz, 2001) CIM, MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADOR En un sistema de fabricación integrada por computador las operaciones de definición y diseño previas a todo proceso de fabricación se efectúan con modernos sistemas automatizados, utilizando técnicas de ingeniería asistida por computador, CAE (Computer Aided Engineering). Las funciones a realizar son dos, básicamente: Mediante técnicas de diseño asistido por computador, CAD (Computer Aided Design), es diseñado el nuevo producto, generando los planos del mismo, las listas de componentes para cada una de sus partes, así como una base de datos donde quedan incluidos sus datos geométricos y tecnológicos.

7 Mediante técnicas de planificación por computador, CAP (Computer Aided Planning), se prepara toda la documentación necesaria para efectuar el proceso de fabricación. Como punto de partida se utiliza la base de datos generada por el sistema CAD, donde se dispone de todos los datos e información grafica necesarios, y que también permita generar los datos para ejecutar los programas de control y aseguramiento de la calidad CAQ (Computer Aided Quality) Las técnicas de prototipado rápido, RP (Rapid Prototyping) permiten obtener prototipos a partir de modelos informáticos, generados mediante programas de diseño asistido por computador. Estos sistemas permiten eliminar fases intermedias entre diseño y producción, proporcionando modelos físicos antes de finalizar el proceso de diseño y agilizando la comunicación entre el equipo de diseñadores y los responsables de la línea de producción. Por tanto son muy útiles para la reducción del tiempo de lanzamiento al mercado de un nuevo producto, y fundamentales para la real aplicación de la ingeniería concurrente. Una extensión de las mismas son las tecnologías de mecanizado rápido, RT (Rapid Tooling), que permite generar una pequeña serie a partir de un molde de prototipado rápido, o de la obtención por prototipado rápido, o de la obtención definitiva de una pieza mediante una maquina de prototipado. La programación y control de la producción, PPC (Production Program & Control) tiene como misión planificar las necesidades en material y piezas, MRP (Material/Manfg Requeriments Planning), realizar la gestión del tiempo para los pedidos de fabricación y lograr el ajuste entre la capacidad disponible y la requerida para atender la producción solicitada. Los datos necesarios para implementar el PPC, tales como listas de componentes y planes de trabajo, son facilitados por los sistemas CAD y CAP. En la planificación de la fabricación (CAP), usando el computador se elaboran todos lo datos y documentación necesarios para realizar determinado tipo de fabricación: planes de trabajo, planes de montaje, planes de proceso, CAPP (Computer Aided Process Planinnig), planes de control de calidad, programas de control numérico para maquinas y robots, etc.

8 CIM Manufactura Integrada por Computador (Computer Integrated Manufacturing) CAD/CAM PP&C Diseño y Fabricación Asistidos por Programación y Control de la Producción Computador (Actividad Organizacional del CIM) (Componentes Tecnológicos del CIM) CAD Computer Aided Design CAPP Computer Aided Process Planning CAM Computer Aided Manufacturing CAQ Computer Aided Quality Control Planificación de los recursos de Fabricación Manufacturing Resources Planning, MRPII Planificación de necesidades de Materiales Materials Requirements Planning, MRP Dimensionamiento de Lotes Secuenciación de Actividades Lanzamiento de Ordenes de Trabajo Control de Fabricación Figura 7. Componentes tecnológicos y organizativos de un sistema CIM. (Tomado de Capuz, 2001) Finalmente, resta considerar el sistema de fabricación propiamente dicho. En un sistema CIM, la automatización abarca el proceso de transporte, almacenamiento, mecanizado, montaje y expedición de producto. El control y supervisión de las tareas que constituyen el proceso de fabricación se realiza mediante técnicas CAM (Control Aided Manufactiring). Para ello se utiliza un computador de control de la fabricación que trabaja en línea (on line) unido al proceso a través de estaciones de datos. El sistema CAM permite elaborar los programas de producción diarios, organizan el trabajo de maquinas e instalaciones, comprueban la disponibilidad de los materiales y medios de producción, y gestionan las peticiones almacenamiento y transporte. Todo ello lo realiza a partir de los datos recibidos por el computador de fabricación, desde el sistema PPC, atendiendo así los pedidos planificados. La figura 7 divide los elementos de un sistema CIM en dos grandes grupos, las técnicas asistidas por computador y los métodos de organización y gestión. Pese a que la clasificación de las figuras 6 y 7 son estándar, nótese que se producen diferencias de apreciación, como el hecho de que en la figura 6 se incluya el PPC dentro del CAM. La figura 8 muestra la relación entre CAPP y PPC. Usualmente, el modelo del sistema productivo empleado por los programas CAPP es estático (funciones tecnológicas independientes del tiempo) mientras que el modelo PPC es dinámico, por lo que las relaciones entre CAPP y PPC funcionan unidireccionalmente, como muestra la figura 8.

9 CAPP COMPUTER AIDED PROCESS PLANNING Determinación de necesidades de materias primas Selección de la máquina Determinación de la secuencia de producción Prevención del tiempo requerido Modelo del proceso productivo Tecnológico Estático Plan de proceso Proceso productivo PPC PRODUCTION PLANNING AND CONTROL Planificación de la producción Programación de la producción Planificación de materias y fechas Planificación de la capacidad Control de la producción Emisión de órdenes de fabricación Seguimiento de las órdenes Modelo del proceso productivo Orientado a la secuenciación Dinámico Figura 8. Relación entre CAPP y PPC. (Tomado de Capuz, 2001) Bibliografía CAPUZ, Salvador. Introducción al proceso de producción Ingeniería concurrente para el diseño de producto. México: Alfaomega, p. ISBN GARCÍA, Andrés. CIM: El computador en la automatización de la producción. Primera edición. España: Ediciones de la Universidad de Castilla-La Mancha, p. ISBN RODRIGUEZ, Antonio. Sistemas SCADA. Segunda edición. España: Marcombo, p. ISBN Baumgartner, Horst. Knischewski, Klaus y Wieding, Harald. CIM Consideraciones básicas. Traducción MEyTA, Madrid. España: Marcombo, p. ISBN

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