Introducción a los Sistemas Integrados de Fabricación

Transcripción

1 Sistemas Integrados de Fabricación Introducción a los Sistemas Integrados de Fabricación Rosendo Zamora Pedreño Dpto. Ingeniería de Materiales y Fabricación rosendo.zamora@upct.es

2 Índice 1. Introducción a la Fabricación 2. Sistemas de Fabricación: Clasificación 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de fabricación 4. La automatización: Clasificación 2

3 1. Introducción Fabricación 3

4 1. Introducción Fabricación Las materias primas van pasando por diferentes procesos de fabricación donde van adquiriendo un cierto valor añadido. *4 *5 *6 Ej: Redondo fundición Laminado Alambre Muelle 4

5 1. Introducción Fabricación En el sentido amplio de la palabra, los procesos de fabricación convierten materias primas en productos. Un producto puede ser la materia prima para fabricar un nuevo producto más complejo, (Ej. Tornillo). El producto fabricado también se utiliza para fabricar otros productos, (Ej. Máquina Herramienta). 5

6 1. Introducción Fabricación *1 6

7 1. Introducción Fabricación Número de piezas de algunos productos Producto Nº de piezas Podadora rotativa Piano de cola Automóvil Avión de carga C 5A Boeing > > *3 *2 Porsche 911 (997) GT2 7

8 1. Introducción Ejemplo de Fabricación: El Clip 8

9 1. Introducción Ejemplo de Fabricación: El Clip Patentado en 1901, Johan Vaaler, Noruega Diseño y fabricación de un clip Requisito funcional: Es un dispositivo que debe permitir mantener juntas varias hojas de papel. Si la rigidez es muy elevada, cuesta manejarlo. Si se deforma con demasiada facilidad no sujeta. 9

10 1. Introducción Ejemplo de Fabricación: El Clip Cuestiones Iniciales Qué tipo de material? Metálico Plástico Metal: Tipo de metal y estado original Si es alambre: diámetro, forma de la sección Son importantes el acabado y la apariencia? Cómo le damos forma? Manual Mecánica Maquinaria: fabricar específica, comprar Cuantos debo fabricar cada día? 10

11 1. Introducción Ejemplo de Fabricación: El Clip Cuestiones para la selección del proceso Soporta el material la deformación sin romperse? Cuánto se desgastará la herramienta que corte el alambre? El corte dejará rebabas? Qué proceso es el más indicado económicamente para las condiciones de producción dadas? Es necesario estudiar todas las actividades y recursos involucrados 11

12 1. Introducción Actividades y Recursos La fabricación es una actividad compleja que comprende una amplia variedad de recursos y actividades: Diseño del producto Selección del proceso de fabricación Selección de maquinaria y herramientas Selección de materiales Planificación del proceso Compras Fabricación (1/2) 12

13 1. Introducción Actividades y Recursos La fabricación es una actividad compleja que comprende una amplia variedad de recursos y actividades: Control de la producción Servicios de soporte y mantenimiento Marketing / Mercadotecnia Ventas Expedición Atención al cliente (2/2) 13

14 2. Sistemas de Fabricación Definiciones Tecnologías de Fabricación Conocimientos referentes a los procesos de conformación de los materiales, a las máquinas, útiles instrumentos y sistemas de fabricación utilizados y a los controles y verificaciones necesarias para que las piezas se acaben de acuerdo con las normas y especificaciones establecidas; todo bajo un criterio económico de rentabilidad. Sistemas de Fabricación La Fabricación, es un término muy amplio abarca muchas actividades diferentes (fabricar, ensamblar, comprobar, ) en ámbitos muy diversos (industria química, automóvil, componentes electrónicos, procesado de alimentos, ) 14

15 2. Sistemas de Fabricación Definiciones Sistemas de Fabricación Sistema = Systema = Combinar Conjunto de entidades físicas que se caracteriza por sus parámetros de interacción los cuales son fácilmente identificables y cuantificables Entidades: Materiales Máquinas Herramientas Energía RR.HH. 15

16 2. Sistemas de Fabricación Requerimientos funcionales Fabricación Ensamble Marketing Diseño Control Ventas Análisis de costes Almacenamiento Los sistemas de fabricación se encuentran rodeados y conectados a otros sistemas 16

17 2. Sistemas de Fabricación Tipos de Sistemas de Fabricación Tipos de Sistemas de Fabricación según el producto: 1. Producción Continua 2. Producción Discreta 2.a) En Masa 2.b) En Lotes 17

18 2. Sistemas de Fabricación Tipos de Sistemas de Fabricación según el producto: Continua Productos continuos que posteriormente se seccionan (Ej. Alambre, Tubería plástico). Mayoritariamente, suelen ser materia prima para otros procesos. Fácil de automatizar: Monitorización + Control + Optimización 18

19 2. Sistemas de Fabricación Tipos de Sistemas de Fabricación según el producto: Discreta en masa Piezas individuales (Ej. Arandelas, Tornillos.). Mayoritariamente, suelen ser productos finales. Líneas de producción diseñadas y optimizadas para un conjunto de tareas específicas. 19

20 2. Sistemas de Fabricación Tipos de Sistemas de Fabricación según el producto: Discreta por lotes Agrupa al mayor porcentaje de industrias manufactureras. El tamaño del lote es pequeño o mediano Muchas especificaciones diferentes en el mismo centro de trabajo Pérdidas de tiempo en el cambio de producción 20

21 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación Requerimientos a los sistemas de fabricación MARKETING "Porque no tenemos nunca en stock el producto solicitado". "Nuestros tiempos de respuesta son demasiado largos". "Nuestros costes no son competitivos". "Porque no mejora la calidad de nuestro producto". "Necesitamos un producto nuevo". "No tenemos suficiente gama de variantes". "Los problemas y costes de los servicios post venta son demasiado altos". PRODUCCIÓN Por qué no hay buenas previsiones de ventas? Necesitamos programas fijos que no cambien. Una gama amplia provoca series cortas y no rentables. No se puede tener existencias de todo en el almacén., Es imposible introducir tantas modificaciones del producto. Se utilizan los productos para trabajos inadecuados. 21

22 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación Aspectos en el contexto actual que han marcado las políticas de producción 1/2 1. Nivel de Mercado: Globalización Mayor personalización de la demanda Mayor exigencia en Seguridad y Calidad 2. Nivel de Recursos: Encarecimiento de la Materia Prima Encarecimiento de los Costes Laborales (subcontratación) 22

23 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación Aspectos en el contexto actual que han marcado las políticas de producción 2/2 3. Nivel de Producto: Aumento de la Velocidad de Obsolescencia 4. Nivel de Tecnología: Experimentación en nuevas Tecnologías Formación y Reconversión del Personal 23

24 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación Sistemas de Fabricación Necesidades Actuales Diversificar el producto Adaptarse al cliente Competencia Mayor calidad y exigencia Ciclo de vida corto Sistemas Tradicionales Gran serie Producción > Demanda Imposible atender a la demanda del cliente a un costo razonable Falta agilidad Las nuevas tecnologías, (microelectrónica, automática, técnicas de control, nuevos materiales e informática) incorporadas al proceso productivo, permiten nuevos enfoques a la resolución de los problemas de producción. 24

25 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación Respuesta a la Demanda y Tendencias Un producto debe satisfacer totalmente los requisitos de diseño, especificaciones y normas. Debe fabricarse mediante los métodos mas económicos y respetuosos con el medio ambiente. La calidad debe integrarse en cada etapa del proceso. Los sistemas de fabricación deben ser flexibles para responder a: las cambiantes demandas del mercado, los tipos de productos y variaciones de las capacidades de producción (1/2) 25

26 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación Respuesta a la Demanda y Tendencias Deben evaluarse constantemente los continuos desarrollos en: Nuevos materiales Procesos de fabricación Automatización e Integración Las actividades de Fabricación deben considerarse como un gran Sistema que se pueden modelar para estudiar el efecto que tienen sobre él diversas variables ( Ej.: cambios en la demanda, cambios en los precios, ) Se debe trabajar con el cliente para que fruto de la realimentación, se consiga la mejora continua del producto. (2/2) 26

27 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación Las características operativas de las nuevas factorías pasan a ser las siguientes: La cantidad de lote económico se aproxima a la unidad La dispersión y variedad de la gama del producto no está penalizada por costes extra en la etapa de producción. Disminuyen hasta casi desaparecer los costes de mano de obra directa con lo que los costes totales son muy sensibles al volumen global de producción, dentro de una economía de costes conjunto. Operación sin personal directo y sin stocks reguladores. Actividades amplias y costosas de pre producción. Respuesta rápida a los cambios de diseño y a la demanda del mercado. Elevados niveles de precisión, fiabilidad y calidad. Agilidad Coste Elevado? 27

28 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación Existe potencial de mejora? (Society of Manufacturing Engineers) Fabricación clásica por lotes, trabajando a dos turnos, Materiales ESPERA= 95 % del tiempo en fábrica, Almacén, pie de máquina MONTADOS EN MÁQUINA= 5% restante 70% Tiempo de preparación. 30% Trabajo sobre el material Sólo se trabaja sobre el material un 1,5 % del tiempo de permanencia en el taller. 28

29 3. Nuevos requerimientos de los Sistemas de Fabricación El sistema productivo debe de: seguir obteniendo Beneficios intentando controlar el aumento de Costes de Fabricación aumentando en lo posible la Productividad Objetivos: Aumentar la Calidad y Productividad Independizar el trabajo de la habilidad del operario Mejorar los procedimientos de trabajo Herramienta > Automatización 29

30 4. Automatización Automatización Empleo de Sistemas Mecánicos, Eléctricos y Electrónicos (basados en computadores) para la operación y control de la producción 30

31 4. Automatización Resultados esperados: Menor número de piezas rechazadas Mayor productividad Planificación de la producción más fiable Técnica más sencilla y cómoda para el operario Repetibilidad 31

32 4. Automatización Clases de Automatización FIJA Gran Volumen Diseño Especializado PROGRAMABLE Bajo Volumen Alta Variedad Programa < > Producto 32

33 4. Automatización A. Automatización Fija Elementos de control basados en condiciones geométricas fijas Limitada a la fabricación de una tarea específica Alta inversión inicial Tiempos de preparación elevados Rigidez Restringida a grandes volúmenes de producción. Alta productividad 33

34 4. Automatización A. Automatización Fija Ej.: Programador de una lavadora 34

35 4. Automatización A. Automatización Fija Máquinas Transfer e Instalaciones Especiales Constituidas por estaciones de trabajo (mecanizado, montaje, etc.) por las que pasan los componentes de forma secuencial. El componente pasa de una estación forma automática. Es común diseñar máquinas transfer que realicen un grupo de operaciones que completen una pieza o que reúnan varios subprocesos. 35

36 4. Automatización A. Automatización Fija Rommel Präzisionsteile GmbH Estaciones transfer 36

37 4. Automatización A. Automatización Fija Línea transfer 37

38 4. Automatización A. Automatización Fija Transfer rotativo Moss Group Automation 38

39 4. Automatización A. Automatización Fija Instalaciones Especiales Estación automatizada de soldadura por resistencia 39

40 4. Automatización B. Automatización Programable Permite controlar la secuencia de operaciones a partir de la lógica implementada en un programa fácilmente editable N0020 G0 G71 G90 G95 G96 X100 Z100 F0.05 S100 T1.1 M3 M41 N0030 G41 X121 Z0 N0050 G1 X-0.5 N0060 G42 G0 X122 Z2 F0.065 N0070 G68 P0= K31.75 P1= K0 P5= K2 P7= K0.5 P8= K0.5 P9= K0 P13= K80 P14= K150 N0075 G0 X50 Z50 F0.04 S120 T3.3 N0080 G1 X31.75 Z N0090 G1 X38.1 Z N0100 G1 X64.2 Z N0110 G3 X76.2 Z I0 K-6 N0120 G1 X76.2 Z-70.2 N0130 G2 X88.2 Z-76.2 I6 K0 N0140 G1 X101.6 Z-76.2 N0150 G1 X101.6 Z-88.3 Ejemplo de programa pieza CNC torno 40

41 4. Automatización Sistemas de Fabricación Flexible Fija (Sistemas dedicados) Rígidos, muy costosos Elevada productividad y menor coste unitario. Adecuados para elementos muy estandarizados vida media larga Flexible (FMS) Programable (Sistemas Independientes) Muy flexibles. Menos productivos y de mayor coste unitario. Poco estandarizados. 41

42 Referencias Referencias Nanua Singh, 1996, Systems approach to computer integrated design and manufacturing, John Wiley & Sons, Inc. S. Kalpakjian, S.R. Schmid, 2008, Manufactura, Ingeniería y Tecnología, Pearson Educación, ISBN M.P. Groover, 1997, Fundamentos de Manufactura Moderna: Materiales, Procesos y Sistemas, ISBN Figuras Nota: Todas las imágenes se han obtenido utilizando resultados de búsquedas en la sección de Imágenes de Google 42

43 Sistemas Integrados de Fabricación Rosendo Zamora Pedreño Dpto. Ingeniería de Materiales y Fabricación rosendo.zamora@upct.es