Autor: Solana Lara, Juan Sebastián. Director: Monja Sánchez, Rubén. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas.

Transcripción

1 ESTUDIO TÉCNICO-ECONÓMICO PARA LA FABRICACIÓN AUTOMATIZADA Y FLEXIBLE DE UNA FAMILIA DE PAPELERAS METÁLICAS MEDIANTE TÉCNICAS LÁSER Autor: Solana Lara, Juan Sebastián. Director: Monja Sánchez, Rubén. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO El proyecto consiste en el diseño integral de un proceso productivo. Dicho proceso se diseñará de forma que sea automático y flexible, es decir, con un alto grado de autonomía, siendo todo controlado por un ordenador, que es el que manda a los diferentes elementos del sistema las órdenes de fabricación que hay que realizar en cada momento. La flexibilidad le proporcionará la capacidad de fabricar gran variedad de productos dentro de la misma familia, pudiendo elegir tasas de producción variable. Las técnicas industriales basadas en el uso de láser tienen un muy alto rendimiento, índice de productividad y precisión, pero debido al alto coste de los equipos, muchas empresas acaban decantándose por equipos tradicionales más económicos aunque menos eficientes. El sistema productivo a diseñar usará este tipo de máquinas para demostrar los beneficios que conlleva su utilización. Primeramente se ha estudiado el diseño de los productos. Se ha decidido fabricar una cantidad de hasta ocho productos clasificables en tres familias diferentes: papeleras, papeleras ceniceros y cubos. Se ha procedido a su diseño mediante programas CAD, a la elaboración de la lista de materiales y a la codificación de cada una de las piezas y productos mediante el uso de tecnologías de grupos. Esta codificación será de gran

2 ayuda, pues gracias a ella las máquinas del sistema identificarán las distintas piezas y los procesos que deberán realizar sobre ellas. Después se ha pasado al análisis del proceso productivo, en el que se han definido los cuatro procesos de conformado existentes en el sistema: corte, soldadura, embutición y rolado, siendo en los dos primeros posible el uso de maquinaria láser para optimizarlos. Tras definir las especificaciones técnicas necesarias y diseñar los diagramas analíticos de proceso, se ha pasado a la elección de las máquinas concretas para cada proceso, estudiando sus características. Seguidamente se ha efectuado el diseño de la planta del sistema. Se ha elegido la distribución de las máquinas, de los diferentes almacenes existentes y del sistema de transporte y manejo de piezas, que se realizará mediante cintas transportadoras con palés y brazos robóticos. Una vez diseñada la implantación del sistema, se ha pasado a un análisis de tiempos y de flexibilidad. Finalmente se ha hecho un estudio de la viabilidad económica del proyecto, incluyendo un presupuesto de la fábrica, los costes del proceso (fijos y variables), la estimación del punto muerto, cuenta de resultados e índices de rentabilidad. El sistema diseñado posee una gran flexibilidad, pues tiene la capacidad de cambiar de forma continua las cantidades de productos a producir, cabiendo la posibilidad de un aumento de la gama de productos en caso de ser requerido. Posee también la capacidad de recuperarse de eventuales fallos que se produzcan en las máquinas, mediante procesos redundantes y rutas alternativas de las piezas, que hacen que, a pesar de fallo en una de las máquinas, la producción siga adelante con un ritmo menor, pero sin llegar a paralizarse nunca. Tras el análisis de tiempos se ha llegado al resultado de que el índice de producción de la fábrica es de una pieza por minuto. Esta velocidad es muy buena, obtenida

3 gracias en parte a la gran versatilidad de los procesos láser, llegando a una producción anual de unidades. La inversión inicial para poner en marcha la fábrica es de , siendo de aportación propia Los beneficios anuales calculados para la fábrica serán de La inversión inicial se recuperará al cabo de cuatro años. Como conclusiones del estudio se puede observar cómo la introducción de la maquinaria láser en los procesos ha hecho que la productividad de la fábrica sea elevada, añadiendo gran fiabilidad y precisión. El proceso descrito posee un alto grado de automatización gracias al sistema de control numérico y un alto grado de flexibilidad gracias a la cantidad de productos diferentes que se pueden fabricar y la capacidad de variar la producción. La rentabilidad del sistema es bastante buena, siendo interesante la constitución de una pequeña empresa para llevar a cabo el proyecto, dado que las necesidades en espacio, personal e inversión no son muy elevadas frente a los beneficios que pueden obtenerse.

4 TECHNICAL AND ECONOMIC STUDY FOR AUTOMATED AND FLEXIBLE MANUFACTURE OF A FAMILY OF STEEL BINS BY LASER TECHNIQUES Project consists of the integral design of a production process. This process will be designed to be automatic and flexible, ie with a high degree of autonomy, being all controlled by a computer which is in charge of the different elements of the production orders to carry at all times. The flexibility will provide the ability to manufacture wide range of products within the same family, choosing variable production rates. Industrial techniques based on the use of lasers have a very high performance, productivity and accuracy rate, but due to high equipment costs, many companies end up preferring traditional cheaper equipment, but less efficient. The designed production system uses these machines to demonstrate the benefits of their use. First of all, we have studied the design of products. It was decided to produce an amount of up to eight products classifiable in three different families: bins, ashtrays and containers. We proceeded to design using CAD programs, preparation of BOM and encoding each of the parts and products using group technology. This consolidation will help, because thanks to the machines of the system, it will identify the different parts and processes to be performed on them. Then we passed to analysis of production process, which has been defined by four forming processes in the system: cutting, welding, stamping and rolling, the first two of them, being possible to use laser equipment to optimize them. After defining the necessary technical specifications and designing diagrams of analytical process, it has gone to the choice of specific machines for each process, considering their characteristics.

5 Subsequently we have made the plant design of the system. We have chosen the distribution of machines, different existing warehouses and the transport system and management of parts, to be made from pallet conveyor belts and robotic arms. Once implanted, the system has come to an analysis of time and flexibility. Finally, it has been made a study of the economic viability of the project, including a budget of the factory, the process costs (fixed and variable), the estimated breakeven, income and rates of return. The designed system has great flexibility, because it is capable of changing continuously the quantities of products to produce, by fitting the possibility of increasing the range of products if required. It also has the ability to recover from any failures that occur in the machines, using redundant processes and alternative routes of parts that make, despite failure of the machines, production proceed at a slower pace, but without coming to a standstill ever. After the analysis time has come to the conclusion that the rate of production of the factory is one piece per minute. This speed is very good, obtained thanks in part to the versatility of laser processes, reaching an annual production of 230,400 units. The initial investment to launch the plant is 2,000,000, own contribution being 500,000. Annual benefits are calculated for the plant to 200,000. The initial investment will be recovered after four years. As the study findings, it can be seen how the introduction of laser machinery has made the processes of the plant productivity high, adding reliability and accuracy. The process described has a high degree of automation thanks to digital control and flexibility thanks to the many different products that can be manufactured and the ability to vary production.

6 The profitability of the system is quite good, it is interesting to create a small company to carry out the project, because the needs in space, personnel and investment are not very high compared to the benefits to be gained.