DISEÑO DE LA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA DE LAS INSTALACIONES DE FABRICACIÓN Y MONTAJE DE UN VEHÍCULO MONOPLAZA DE COMPETICIÓN

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1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales DISEÑO DE LA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA DE LAS INSTALACIONES DE FABRICACIÓN Y MONTAJE DE UN VEHÍCULO MONOPLAZA DE COMPETICIÓN Autor: Luis Moles Revert Tutor: Pedro Moreu de León Departamento de Organización Industrial y Gestión de Empresas I Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla

2 Contenido 1 INTRODUCCIÓN Y OBJETO ESTRUCTURA DEL PROYECTO DATOS DE INTERÉS QUÉ ES LA FÓRMULA STUDENT? VEHÍCULO A FABRICAR RESUMEN DE COSTES DEL VEHÍCULO Y DESGLOSE POR SISTEMAS DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN DEL VEHÍCULO CONSIDERACIONES SOBRE EL PROCESO DE DISEÑO PROCESOS DE FABRICACIÓN FASE 0: CHASIS FASE 1: MOTOR Y TRANSMISIÓN FASE 2: FRENOS, SUSPENSIÓN Y NEUMÁTICOS FASE 3: SISTEMA DE DIRECCIÓN, ELECTRÓNICA Y ACABADOS FASE 4: CARROCERÍA ELECCIÓN DE LA MAQUINARIA HERRAMIENTAS DE MANO GRÚA PARA MOTORES ELEVADOR PORTATIL DE VEHÍCULOS CORTADORA MEDIANTE CHORRO DE AGUA CENTRO DE MECANIZADO DE TRES EJES TORNO CNC OTRAS HERRAMIENTAS NECESARIAS RESUMEN DE PIEZAS PROCESADAS EN CADA MÁQUINA HERRAMIENTA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA: RESUMEN DE PRINCIPIOS Y METODOLOGÍAS OBJETIVOS PRINCIPIOS BÁSICOS TIPOS DE DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN POR POSICIÓN FIJA DISTRIBUCIÓN POR PROCESO PRODUCCIÓN EN CADENA INFORMACIÓN PARA EL DIMENSIONADO Y CAPACIDAD DE LA PLANTA Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 1

3 7.1 MODALIDADES DE FABRICACIÓN Y CANTIDADES A PRODUCIR CONSIDERACIONES SOBRE LA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA BASADAS EN SUS REQUISITOS DE CAPACIDAD DISEÑO DE LA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA MEDIANTE EL MÉTODO SLP RECOGIDA Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN DE PRODUCCIÓN MOVIMIENTO DE MATERIALES RELACIÓN ENTRE ACTIVIDADES DIAGRAMA DE RELACIÓN DE ACTIVIDADES NECESIDAD Y DISPOSICIÓN DE ESPACIOS ZONA DE MONTAJE: ZONA DE MECANIZADO: ALMACÉN DE PEDIDOS ALMACÉN DE EXISTENCIAS OFICINA DE DISEÑO Y DIRECCIÓN OTRAS ZONAS DE LA PLANTA DIAGRAMA DE RELACIÓN DE ESPACIOS EVALUACIÓN Y SELECCIÓN DE SOLUCIONES VALORACIÓN DEL RESULTADO OBTENIDO Y PRESUPUESTO BIBLIOGRAFÍA Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 2

4 1 INTRODUCCIÓN Y OBJETO Este proyecto es un trabajo real llevado a cabo por el alumno que suscribe, como una práctica de organización industrial, que supone la continuación de un proyecto realizado por alumnos de la universidad de Sevilla y que forman parte del grupo de trabajo ARUS Andalucía Racing, cuyo objetivo es el diseño y fabricación de un monoplaza. La fabricación de un coche en serie es un proceso altamente mecanizado, en el que la labor del operario juega un papel muy importante especialmente en el montaje del mismo, ya que el trabajo en aspectos como el mecanizado y transformación de piezas son cada vez más absorbidos por sofisticadas máquinas. Esta alta mecanización de las plantas de coches comerciales permite no solo, que el trabajo manual de los operarios sea cada vez menor, sino que también aumenta considerablemente el número de unidades fabricadas en menor tiempo. Por otra parte, en una fábrica no solo es importante la maquinaria que se emplee, también juegan un gran papel otros aspectos como son: la distribución de los espacios en planta, la metodología de fabricación, ventajas y desventajas de la duplicidad de maquinaria..., aspectos a tener muy en cuenta si se observa la creciente competencia entre las empresas por un mercado cada vez más competitivo, en el que no es posible conformarse solo con cumplir los plazos de entrega que se exige por parte del cliente, sino que todo ello se debe hacer de la manera más eficiente y esto es, evitando desperdicios, disminuyendo desplazamientos en la fábrica, maximizando el trabajo tanto de las máquinas como de los operarios, etc. El objeto del presente trabajo, consiste en el diseño organizativo de la fabricación, montaje y sistemas logísticos de suministros y expedición de los vehículos. Se diseñarán las distintas zonas y almacenes, estableciendo su distribución en planta. Sin embargo, no forma parte del trabajo el proyecto constructivo de naves ni de suministros tales como agua, gas, electricidad, etc. Tampoco forma parte del trabajo el diseño de viales y accesos. En definitiva, correspondiendo este trabajo fin de grado a la rama de organización industrial del Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales, se ha centrado en los aspectos de organización industrial de la planta; esto es, establecimiento de los procesos, de la maquinaria necesaria, de los movimientos de materiales y de la correspondiente distribución en planta para un óptimo desarrollo de las actividades industriales. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 3

5 También se han diseñado desde el punto de vista de la distribución en planta, las necesidades de otros espacios estrechamente relacionados con el proceso de fabricación, tales como espacios para actividades de proyecto/ingeniería de producto, mantenimiento de la planta, etc. En cuanto al vehículo que se va a fabricar en la planta objeto de este trabajo, al tratarse de un monoplaza de competición, su fabricación es mucho más personalizada y manual que en una cadena de producción de coches convencional. Por tanto, en cuanto a la maquinaria, útiles y equipación técnica, en general, se trata de herramientas manuales o de maquinaria de taller destinada a la fabricación de determinadas piezas o subconjuntos. De esta manera el trabajo es más lento pero se cuidan mejor los detalles, ya que se dedican más horas de trabajo al coche Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 4

6 2 ESTRUCTURA DEL PROYECTO El presente documento queda estructurado de la siguiente manera: El proyecto se caracteriza en los dos primeros apartados (en donde se encuentra el presente resumen). A continuación, apartado 3, se aporta información acerca de la competición Formula Student y sobre el vehículo a fabricar, características técnicas y resumen de costes. En el apartado 4 se muestran las diferentes fases del montaje del vehículo, comenzando en el punto 4.1 por unas consideraciones acerca del diseño del mismo, a esto le sigue un desglose en el punto 4.2 de las diferentes fases del montaje, con piezas a emplear y procedimientos a seguir en cada una de ellas. El apartado 5, está dividido en puntos en los que cada uno indica un tipo de maquinaria o herramientas necesarias en los procesos de montaje vistos en el apartado anterior. El tipo de maquinaria a emplear en la planta es aquella que mejor se ajusta, en función de los procesos de fabricación, a las características del vehículo. En el apartado 6, se introducen aspectos teóricos sobre la distribución en planta. En los puntos 6.1 y 6.2 se recogen los objetivos y principios generales que se busca conseguir al realizar una distribución de una planta. En el punto 6.3 se explican los diferentes tipos de distribución de la producción en función del producto a fabricar y su demanda El apartado 7, está dividido por un lado en el punto 7.1, en el que se muestran los datos de partida acerca de la cantidad de vehículos a fabricar y los tipos de entrega. Por otro lado, en el punto 7.2, se explica el tipo de distribución a seguir en función de toda la información obtenida hasta ese momento. El grueso del proyecto, lo forma el apartado 8, en el que se lleva a cabo el diseño de la planta, siguiendo los pasos de la metodología SLP: En primer lugar, en el punto 8.1 se explica en qué consiste el método SLP. A continuación, en los puntos 8.2, 8.3 y 8.4 se dan detalles acerca de la producción, procesos de montaje y relaciones entre actividades. La última parte del diseño corresponde a los puntos 8.5, 8.6, 8.7 en los que se valoran las diferentes posibilidades de diseño en función de las características de la planta en estudio, llegando a una solución. En el apartado 9 se hace una valoración acerca de la planta diseñada, donde se comprueba si cumple con las principales normas de diseño. Además, este apartado Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 5

7 incluye un presupuesto sobre el inmovilizado necesario tanto para el primer año de funcionamiento, como para la suma de los cinco primeros años, que es el tiempo estimado en alcanzar la demanda máxima de vehículos a fabricar. Por último, el apartado 10 recoge una breve reseña bibliográfica. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 6

8 3 DATOS DE INTERÉS 3.1 QUÉ ES LA FÓRMULA STUDENT? La Fórmula Student es una competición basada en la creación, diseño y desarrollo de un vehículo de carreras tipo fórmula, de altas prestaciones y en la que participan universidades de todo el mundo. También conocida como Fórmula SAE (Society of Automotive Engineers), nació en el año 1978 con el fin de crear una competición en la que se buscara la excelencia de estudiantes de ingeniería innovadores y emprendedores. La primera edición de la Fórmula SAE se realizó en 1981, edición en la que participaron 4 equipos y 40 alumnos. Actualmente compiten más de 120 equipos y participan en torno a estudiantes. El objetivo es simular una situación real, en la que un cliente pide a los equipos la creación de un prototipo de un pequeño monoplaza que debe cumplir unas características específicas, tanto técnicas (aceleración, frenada, ), como financieras y estéticas, entre otras. El equipo ganador es aquel que obtiene mayor puntuación en la suma de todos los resultados anteriores. ARUS es el equipo de Fórmula Student de la Universidad de Sevilla y único equipo de Andalucía que pertenece a esta competición, a la que se unió en el año Actualmente conforman el equipo 60 alumnos pertenecientes a las diferentes ramas de la ingeniería, que junto con la ayuda de profesores y diferentes departamentos de la universidad han adquirido el conocimiento necesario para la realización del diseño y fabricación de un monoplaza. Ilustración 1 Competición Fórmula Student (Fuente BRS Motorsport) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 7

9 3.2 VEHÍCULO A FABRICAR DIMENSIONES CHASIS AERODINÁMICA Largo Ancho Altura Batalla Vía Características Peso Configuración 2942 mm 1453 mm 1105 mm 1535mm 1250mm delante,1200 mm detrás Estructura tubular de acero 35 kg Carrocería de fibra de basalto Difusor en fibra de carbono Alerones delantero y trasero en fibra de carbono TRANSMISIÓN Tipo de diferencial Drexler Motorsport FSAE Limited Slip Differential Relación final 2.91 ELECTRÓNICA ECU Link G4 plus Storm MECÁNICA Frenos Suspensión Neumáticos Ruedas Discos delanteros de diseño propio,195 mm delante y 187mm detrás con pinzas de 4 pistones AP Racing delante y 2 detrás Suspensión doble brazo, pushrod delante y detrás, amortiguadores de 4 vías ajustables Ohlins Hoosier 18x6x10 Braid Tenrace Fsae 10x6 pulgadas Motor Honda CBR 600 RR 2006 MOTOR Tipo de combustible Cilindros/Cilindrada Combustible sin plomo 98 octanos 4 cilindros/599 cc Tabla 1 Características técnicas (Fuente ARUS Team) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 8

10 Algunas modificaciones respecto al vehículo del año anterior son: Reducir el peso desde 300kg a 250 kg Mejorar rendimiento del motor CBR 600 RR Potenciar la aerodinámica Implementar un sistema de telemetría Ilustración 2 Vistas del vehículo (Fuente ARUS Team) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 9

11 3.3 RESUMEN DE COSTES DEL VEHÍCULO Y DESGLOSE POR SISTEMAS Se presenta, en este apartado, un resumen muy agregado de la estructura de costes del vehículo. Estos procesos (tan solo nombrados de forma sucinta) y costes, se basan en los criterios y tablas que las reglas de la competición Formula Student establecen. Por tanto, no se han calculado para una manera específica de fabricación y montaje ni para unos determinados volúmenes de producción, sino con criterios generales y promedios que la organización establece de cara a la competición. Estos costes, se incluyen aquí con carácter meramente introductorio e ilustrativo. Los costes reales del vehículo producido en la planta que se diseña en este proyecto, no son objeto del mismo, aunque la información del presupuesto de inversión que supone la planta, (que se calcula y presenta en este documento), constituirá información de entrada para un estudio de viabilidad del negocio (no de la planta solamente), que es objeto de un proyecto diferente. Áreas de Trabajo Materiales Procesos Fasteners Tooling Total Sistema de frenos 1.041,46$ 127,77$ 2,33$ -$ 1.171,56$ Motor y transmisión 4.139,55$ 653,38$ 42,14$ 4,50$ 4.839,56$ Chasis y carrocería 1.812,20$ 2.140,14$ 25,02$ 33,28$ 4.010,64$ Instrumentos y cableado 1.543,03$ 171,76$ 2,78$ 1,45$ 1.719,01$ Ajustes varios y acabados 453,96$ 197,21$ 13,66$ 8,37$$ 673,20$ Sistema de dirección 201,07$ 128,33$ 2,90$ 1,46$ 333,77$ Suspensión 934,65$ 592,27$ 5,46$ 1,41$ 1.533,78$ Ruedas y Neumáticos 866,48$ 137,79$ 4,16$ -$ 1.008,43$ Total vehículo ,4$ 4.148,65$ 98,45$ 50,47$ ,95$ Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 10

12 Area Totals $1.533,78 ; 10% $333,77 ; 2% $673,20 ; 4% $1.719,01 ; 11% $1.008,43 ; 7% $4.010,64 ; 26% $1.171,56 ; 8% $4.839,56 ; 32% Brake System Engine & Drivetrain Frame & Body Instruments & Wiring Miscellaneous, Fit & Finish Steering System Suspension & Shocks Wheels & Tires Tabla 2 Resumen de costes del vehículo (Fuente Cost Summary) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 11

13 4 DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN DEL VEHÍCULO 4.1 CONSIDERACIONES SOBRE EL PROCESO DE DISEÑO Previamente a la fabricación del monoplaza, se realiza un proceso de diseño en el que se estudian todos los componentes del vehículo, para posteriormente proceder a su fabricación una vez aceptados todos los requerimientos necesarios: económicos, de calidad, seguridad, estética, etc. Tanto para el diseño del monoplaza como para la organización y marketing del mismo, un grupo de estudiantes junto con ayuda de profesores de diferentes departamentos de la Universidad de Sevilla, se dividen en subconjuntos especializados en las diferentes partes del vehículo para poder llevarlo a cabo. Estos subconjuntos son los siguientes: Aerodinámica Chasis Interior Suspensión, dirección y frenos Motor, transmisión y electrónica Organización Marketing Se parte de un diseño ya establecido, sin embargo, cada año se abordarán nuevos diseños y mejoras en el diseño de partida. Por ello, es necesario prever las áreas de trabajo y equipos correspondientes (básicamente hardware y software de diseño). En cuanto a los ensayos de sistemas y materiales, se considerará un acuerdo con el Centro de Investigación y Desarrollo de Automoción, con sede en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Sevilla, para la realización de los mismos. Este centro cuenta con las instalaciones de Talleres y Laboratorios de la mencionada Escuela de la Universidad de Sevilla. Por tanto, no se incluirán, en las instalaciones fabriles en diseño. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 12

14 4.2 PROCESOS DE FABRICACIÓN A continuación, se muestran de forma resumida las diferentes actividades a seguir, para llevar a cabo la fabricación del vehículo. Hay que tener en cuenta que no todos los vehículos requieren de todos los procesos que a continuación se exponen, todo depende del tipo de entrega. El proceso de fabricación comienza con la estructura principal del vehículo, que es el chasis. El chasis hace la función de esqueleto, el cual sustenta el resto de componentes. Por este motivo, es el primer elemento a realizar en el proceso de montaje. Después de montar el chasis, se procede a la colocación del motor y se realizarán las conexiones necesarias del mismo con la transmisión. El motivo por el que se coloca el motor en primer lugar se debe a su complejidad, ya que es el corazón del vehículo y está relacionado prácticamente con la totalidad de los componentes. A continuación, se coloca la suspensión, frenos y neumáticos. Como más adelante se verá, algunas de las piezas que componen estas actividades requieren de un mecanizado previo, otras son compradas listas para su colocación. Una vez que la mecánica del vehículo está correctamente colocada, se da paso a la parte electrónica y de diseño. En primer lugar, se conectan los diferentes dispositivos electrónicos necesarios, aprovechando que no está la carrocería. Los elementos electrónicos son aquellos que más adelante darán información acerca del coche. A su vez se coloca la cabina del piloto y el panel de mandos. De forma paralela se realiza la carrocería mediante moldes. Esta acción es completamente independiente ya que no depende de ninguna otra. Por último se ensambla la carrocería y se dan los últimos retoques al vehículo, a la vez que se comprueba la calidad del mismo. Estos son los diferentes procesos en los que se divide la fabricación del monoplaza de forma esquemática: Ensamblaje de chasis Colocación de motor y transmisión Colocación de neumáticos, suspensión y frenos Electrónica, cabina del piloto y panel de mandos Carrocería y acabados Revisión, pruebas y puesta a punto Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 13

15 4.2.1 FASE 0: CHASIS Área de trabajo: Chasis PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Chasis Cortar y doblar los tubos de acero Preparar los tubos para soldar Soldar los tubos Pintar el chasis Sierra radial Equipo de soldadura Doblador de tubos Soporte de suspensión delantera Chasis Soporte de suspensión trasera Soporte del cinturón Soporte del cortafuegos Undertray support Mecanizar los diferentes tipos de soportes y auxiliares del volante. Soldar los soportes en el chasis CNC de 3 ejes Equipo de soldadura Soporte del alerón Auxiliares del volante Soporte de reposacabezas Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 14

16 Ilustración 3 Chasis (Fuente Cost Summary) FASE 1: MOTOR Y TRANSMISIÓN Área de trabajo: Motor PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Motor Ensamblaje Herramientas de reacción Grúa de motores Montaje del motor Soportes del motor Palanca de cambios Mecanizado Soldar Soldar Ensamblar Corte por agua Equipo de soldadura Eq. de soldadura Herramientas de reacción Corte por agua Corte por agua Cárter Fresado CNC 3 ejes Soldar Eq. de soldadura Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 15

17 PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Juntas Encabezamiento Tubo de escape Montaje del escape Colector 1 etapa Colector 2 etapa Silenciador Doblar tubos Ensamblar Dobladora de tubos Equipo de soldadura Montaje entrada de aire Cuerpo del acelerador Colector principal Tanque de combustible Corte y doblado del aluminio Preparación para soldar Soldar Corte por agua Equipo de soldadura Filtro de combustible Montaje tanque de combustible Bomba de combustible Válvula de retención de combustible Regulador de presión de combustible Ensamblar Herramientas de mano Riel de combustible Inyectores Líneas de combustible Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 16

18 PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Montaje del radiador Radiador Bomba eléctrica Circuito de refrigeración Ensamblar Herramientas de mano C A B D Ilustración 4 Partes del motor (Fuente Cost Summary) A. Motor B. Soporte del motor C. Radiador D. Tubo de escape Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 17

19 Área de trabajo: Transmisión PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Driving sprocket Corte por agua Cortadora por agua Driven sprocket Ensamblaje Herramientas de mano Cadena Montaje del sistema de transmisión Protector de cadena Diferencial interno Ensamblar Herramientas de mano Porta diferencial Eje medio Torno CNC Mecanizado CNC de 3 ejes CV juntas Ensamblar Herramientas de mano Ilustración 5 Driven Sprocket (Fuente Cost Summary) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 18

20 4.2.3 FASE 2: FRENOS, SUSPENSIÓN Y NEUMÁTICOS Área de trabajo: Sistema de frenos PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Disco de freno Freno delantero Freno trasero Almohadilla Pinza Disco de freno Almohadilla Mecanizar discos Mecanizar pinzas Ensamblar Corte por agua CNC de 3 ejes Herramientas de mano Pinza Cilindro maestro Depósito de fluido Circuito de frenos Barra de equilibrio Tubos y accesorios Corte de tubos Ensamblar Sierra radial Herramientas de mano Ajuste de freno a distancia Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 19

21 A B C Ilustración 6 Sistema de freno (Fuente Cost Summary) A. Disco de freno B. Almohadilla C. Pinza Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 20

22 Área de trabajo: Suspensión PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Brazo inferior Brazo superior Varilla de empuje Suspensión delantera Basculante frontal Muelle Apagador Corte por agua Cortadora por agua Camber parts Fresado CNC de 3 ejes Brazo inferior Brazo superior Preparar para soldar Soldar Equipo de soldadura Suspensión trasera Varilla de arrastre Basculante trasero Muelle Ensamblar Herramientas de mano Apagador Camber parts Tracking link Upright Upright delantero Upright trasero Ensamblar Herramientas de mano Barra anti vuelco delantera Barra anti vuelco Barras blade Montajes de barras Fresado Corte por agua Ensamblar CNC de 3 ejes Corte por agua Herramientas de mano Brazo articulado Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 21

23 PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Barra anti vuelco trasera Barra anti vuelco Barras blade Montajes de barras Fresado Corte por agua Ensamblar CNC de 3 ejes Corte por agua Herramientas de mano Brazo articulado A B C Ilustración 7 Partes de la suspensión (Fuente Cost summary) A. Brazo Inferior B. Brazo Superior C. Upright Frontal Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 22

24 Área de trabajo: Ruedas y neumáticos PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Eje Rueda Rueda delantera Rueda trasera Neumático Vástago de válvula Cojinete de la rueda Eje Rueda Neumático Vástago de válvula Cojinete de la rueda Torneado del eje Fresado de eje Ensamblar Torno CNC CNC de 3 ejes Herramientas de mano Ilustración 8 Eje de la rueda (Fuente Cost Summary) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 23

25 4.2.4 FASE 3: SISTEMA DE DIRECCIÓN, ELECTRÓNICA Y ACABADOS Área de trabajo: Sistema de dirección PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Volante Leva derecha Leva izquierda Volante Sujeción de leva Soporte de leva Ensamblar Herramientas de mano Empuñadura Protección electrónica Quick relase Eje de dirección Eje de dirección Junta de eje de dirección Mecanizado Ensamblar Corte por agua Herramientas de mano Piñón Cremallera de dirección Engranaje de cremallera Cremallera de dirección Mecanizado Ensamblar Corte por agua Herramientas de mano CNC de 3 ejes Caja Mecanizado Ensamblar Torno CNC Herramientas de mano Barra de acoplamiento Barra de acoplamiento Ensamblar Herramientas de mano Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 24

26 Ilustración 9 Volante (Fuente Cost Summary) Ilustración 10 Eje de dirección (Fuente Cost Summary) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 25

27 Área de trabajo: Instrumentos y cableado PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Batería Primary Kill Switch Sistema de alimentación Unidad de control del motor Módulo de ignición Interruptor de freno Fuente de alimentación y control Cockpit Kill Switch Interruptor de encendido Montaje Ensamblado Herramientas de mano Interruptor de arranque Interruptor Palanca de cambios Potencia en el volante Indicadores del tablero de instrumentos Cables Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 26

28 PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Sonda lambda IAT sensor Sensores MAP sensor Posición del acelerador Montaje Ensamblado Herramientas de mano Display Pantalla del volante Luz de freno Luz de freno Ilustración 11 Botón de arranque y Luces de freno (Fuente Cost Summary) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 27

29 Área de trabajo: Diversos ajustes y acabados PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Cinturón Accesibilidad del control Protección de la suspensión Seguridad Protección de la dirección Asiento Ensamblar Herramientas de mano Reposacabezas Atenuador de impactos Firewall Parte superior Parte inferior Parte lateral Aplicación de resina Secado Herramientas de mano Jacking Point Jacking Point Ensamblar Base Pedal grande Caja de pedales Pedal pequeño Pedalera grande Pedalera pequeña Soporte del pedal izquierdo Soporte del pedal derecho Soporte del cilindro maestro izquierdo Corte por agua Fresado Preparar para soldar Soldar Corte por agua CNC de 3 ejes Equipo de soldadura Herramientas de mano Soporte del cilindro maestro derecho Eje Tornear Fresar Torno CNC CNC de 3 ejes Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 28

30 Ilustración 12 Pedalera y protección de la suspensión (Fuente Cost Summary) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 29

31 4.2.5 FASE 4: CARROCERÍA Área de trabajo: Carrocería PARTES COMPONENTES PROCESOS MAQUINARIA Cono de la nariz Panel lateral derecho Panel lateral izquierdo Cubierta del motor Panel del suelo Aplicación de resina Dejar reposar a temperatura ambiente Montar en el bastidor Taladrar agujeros Quitar del molde Herramientas de mano Carrocería Protección inferior Cortar y doblar Alerón delantero Aplicación de resina Alerón trasero Laminación manual Corte por agua Taladrar agujeros Ensamblar Cortadora por agua Herramientas de mano A Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 30

32 B C D Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 31

33 E Ilustración 13 Carrocería (Fuente Cost Summary) A. Panel lateral B. Cono frontal C. Cubierta del motor D. Alerón delantero E. Alerón trasero Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 32

34 5 ELECCIÓN DE LA MAQUINARIA A continuación, se muestra en este apartado el tipo de maquinaria necesaria para llevar a cabo los procesos de fabricación. No se especifican cantidades que se requieren en la planta, únicamente las características y usos de las mismas. 5.1 HERRAMIENTAS DE MANO Cada operario dispondrá de una caja de herramientas individual. Las herramientas que la componen serán aquellos instrumentos de mano, con un uso habitual por parte del operario, necesarios para hacer frente a las diversas tareas en los procesos de montaje: juego de llaves planas, llaves de tubo, taladro, limas para metales,... No serán las únicas de las que dispongan, ya que también habrá un banco de trabajo con diferentes cajas y gabinetes de almacenamiento, tanto para herramientas como para piezas de pequeño tamaño que son necesarias en dicha estación de montaje. El banco de trabajo tendrá unas dimensiones de 3 x 0,7 m, tamaño estimado teniendo en cuenta que en el se realizarán tareas de corte de tubos con sierra radial y un tornillo de banco, sirve como apoyo para el ensamblaje manual de pequeños componentes, almacén de piezas pequeñas de vehículo: Rockets, sensores, cableado, tuercas de ejes Un ejemplo de bancos de trabajo es el mostrado en la siguiente figura: Ilustración 14 Banco de trabajo (Fuente Proveedor Industrial) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 33

35 5.2 GRÚA PARA MOTORES Debido al peso de los motores, es necesaria una grúa que permita el traslado de los mismos hasta la zona de montaje y facilite las tareas de colocación en el chasis. El motor Honda CBR 600 RR 2006 tiene un peso de 62 kg. La grúa debe elevarse al menos 1 metro sobre el suelo y poseer unas dimensiones lo más reducidas posibles. Además de para la colocación del motor, debe ser útil para el traslado de otras piezas, por ejemplo, el chasis. El resultado que se obtiene es la grúa mostrada en la figura, la cual consta de las siguientes características: Capacidad de elevación Altura de elevación Peso Manejo 1 Tonelada (mm) 80 kg Dispone de 6 ruedas Precio 200 Dimensiones 930 x 550 x (mm) Ilustración 15 Grúa hidráulica plegable (Fuente Proveedor Industrial) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 34

36 5.3 ELEVADOR PORTATIL DE VEHÍCULOS Para elevar el vehículo a cierta altura y facilitar así el trabajo de los operarios en las tareas de colocación del motor, transmisión, suspensión, frenos y ruedas, se requiere del uso de un elevador que soporte los 250 kg de peso del monoplaza y lo eleve al menos a 30 cm del suelo. Las características del monoplaza, peso y dimensiones,se asemejan a las de un quad, por lo que el uso de un elevador convencional de vehículos sería excesivo. A su vez, para aumentar su versatilidad y poder ser utilizado en otras estaciones de montaje, se utiliza un elevador portatil como el de la figura, el cual tiene las siguientes características: Capacidad Altura Medidas Peso 680 kg (mm) 790 x 370 x 330 (mm) 28,5 kg Precio 400 Ilustración 16 Elevador hidráulico (Fuente Proveedor Industrial) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 35

37 5.4 CORTADORA MEDIANTE CHORRO DE AGUA La cortadora por agua, es una máquina que corta cualquier material mediante el empleo de un chorro de agua a presión. Es especialmente útil para aquellas piezas que requieren de un mecanizado sin que se vean modificadas las características del material debido al calor. El agua a la vez que corta sirve como refrigerante. No crea tensiones residuales en la pieza y al no disponer de una herramienta de corte, no se desgasta. La elección de una máquina de este tipo, depende del tamaño de las piezas a mecanizar y la velocidad de corte. Las piezas que requieren de corte mediante chorro de agua, son entre otras: discos de freno, sprocket y componentes de los alerones, cuyos tamaños no superan los 30 cm. La pieza de mayor tamaño a cortar es la chapa que forma el tanque de fuel cuyas dimensiones son de 0,8 x 0,75 m Debido a sus características, la máquina a emplear es el modelo Mach 2: Envolvente de trabajo Velocidad Dimensiones Precisión Precio 1,30 x 1,30 (m) 400 in/min x x 350 (mm) (+/-) 0,005 in (apróx.) Ilustración 17 Cortadora mediante chorro de agua (Fuente Proveedor Industrial) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 36

38 5.5 CENTRO DE MECANIZADO DE TRES EJES Un centro de mecanizado realizar múltiples operaciones de maquinado, mediante un control numérico computarizado (CNC). Es un sistema con una alta velocidad de producción y muy automatizado. Su uso habitual es el de una fresadora, con herramienta de corte rotatorio como cortadores y brocas. Los tamaños de las piezas a mecanizar no superan los 50 cm de longitud. Su uso será especiamente dirigido para el mecanizado de pedalera, ejes, discos y cárter, entre otros. Por su tamaño y velocidad de trabajo, el centro de mecanizado que más se ajusta a las características de la planta es el VF1: Recorrido X Y Z Vel. de rotación 508 x 406 x 508 (mm) rpm Número de ejes 3 Dimensiones Precio x x (mm) (apróx) Ilustración 18 Centro de mecanizado de 3 ejes (Fuente Proveedor Industrial) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 37

39 5.6 TORNO CNC A diferencia del centro de mecanizado de tres ejes, el torno se utiliza principalmente para piezas cilíndricas en las que el material gira mientras la herramienta permanece parada. El uso principal del torno será el de mecanizar ejes y cajas de dirección, cuyos tamaños no superan los 40 cm. Para ello, el torno que más se ajusta es el CK6132, mostrado en la figura siguiente: Máx. diámetro exterior Rango de velocidades Dimensiones 500 mm rpm x 1400 x 1740 (mm) Precio Ilustración 19 Torno CNC (Fuente Proveedor Industrial) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 38

40 5.7 OTRAS HERRAMIENTAS NECESARIAS Otras herramientas cuyos usos son conocidos por todos y que son necesarias en diversos procesos de fabricación y montaje del vehículo, son las siguientes: A. Amoladora o sierra radial para tubos de acero B. Dobladora de tubos de acero C. Equipo de soldadura eléctrico A C B Ilustración 20 Otras herramientas necesarias (Fuente Proveedor Industrial) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 39

41 5.8 RESUMEN DE PIEZAS PROCESADAS EN CADA MÁQUINA HERRAMIENTA Número de unidades por vehículo Centro de mecanizado de 3 ejes MAQUINARIA Torno CNC Cortadora por agua Manguetas 4 χ Unión triángulo de suspensión 8 χ Χ Rockers 4 χ Χ Barras antivuelco 2 χ Χ Depósito de gasolina 1 Χ Pedalera 1 χ Χ Discos de freno 4 χ Χ Soporte de transmisión 2 Χ caja de dirección 1 χ χ Unión Cajas de dirección 1 Χ Soporte cremallera 2 Χ Ejes 4 χ χ Χ Alerones 2 Χ Carter 1 χ Χ Soportes del chasis 8 χ Sprocket 1 Χ Tabla 3 Tabla resumen de mecanizado de piezas (Fuente Realización Propia) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 40

42 6 DISTRIBUCIÓN EN PLANTA: RESUMEN DE PRINCIPIOS Y METODOLOGÍAS En este apartado, se muestra información teórica acerca de los objetivos y principios de una buena distribución. Además se muestran los tipos de distribuciones que se pueden seguir, en función de datos como: el tipo de producto a fabricar, la demanda existente, herramientas a emplear, etc. 6.1 OBJETIVOS La distribución en planta implica la ordenación física de los elementos industriales. Esta ordenación ya practicada o en proyecto, incluye tanto los espacios necesarios para el movimiento del material, almacenamiento, trabajadores indirectos y todas las otras actividades o servicios, como el equipo de trabajo y el personal de taller. Generalmente hablando, la misión de una buena distribución es hallar una ordenación de las áreas de trabajo y del equipo, que sea la más económica para el trabajo, al mismo tiempo que la más segura y satisfactoria para los empleados. Se debe ordenar productores, máquinas, materiales y servicios auxiliares (mantenimiento, transporte, etc.), de modo que sea posible fabricar el producto a un coste suficientemente reducido para poder venderlo con un buen margen de beneficio en un mercado de competencia. De forma más específica, las ventajas de una buena distribución en planta se reflejan en una reducción del coste de fabricación, como resultado de los siguientes puntos: 1. Reducción del riesgo para la salud y aumento de la seguridad de los trabajadores Cualquier distribución que conduzca a que el obrero deje las herramientas en el pasillo, que requiera su paso junto a hornos sin protección o cubas de productos químicos, debe ser cuidadosamente examinada para evitar estos riesgos. 2. Elevación de la moral y satisfacción del obrero A los empleados les gusta trabajar en una planta bien distribuida. Sirve de ejemplo un taller de fundición que parecía ser perfecto en todos los sentidos, se comprobó que los empleados se quejaban porque trabajaban a la sombra de las propias máquinas que tapaban el sol que entraba por las ventanas, el problema se solucionó girando 90º las máquinas, los obreros se sintieron satisfechos. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 41

43 3. Incremento de la producción Una distribución, cuanto más perfecta mayor producción rendirá, esto quiere decir que habrá mayor producción a un coste igual o menor, con menor relación hombres-hora y una reducción de horas me maquinaria. 4. Disminución de los retrasos en la producción El equilibrado de los tiempos de operación y de las cargas de cada departamento, es parte de la distribución en planta. Una correcta ordenación de las operaciones que requieren el mismo tiempo o múltiplos del mismo, puede permitir el eliminar prácticamente los tiempos en los que las piezas están paradas. 5. Ahorro de áreas ocupadas Los pasillos inútiles, el material en espera, las distancias excesivas entre máquinas, la inadecuada disposición de la toma de corriente, así como la dispersión del stock, consumen gran cantidad de espacio adicional del suelo. Una adecuada distribución de la planta minimizan estos derroches. 6. Reducción del manejo de materiales Una ordenación en cadena de la línea de montaje, permite reducir considerablemente el transporte de las piezas, ya que solamente sería necesario introducir las piezas al inicio de la línea de montaje y retirar el producto ya montado al final, eliminando así el transporte entre operaciones. 7. Una mayor utilización de la maquinaria, de la mano de obra y de los servicios Se busca maximizar aquello que resulte más costoso para la empresa. En China por ejemplo, es necesario lograr la saturación de las máquinas que es lo más costoso, mientras que se pueden permitir mano de obra ociosa para mantener la maquinaria en movimiento. Si por el contrario el coste de los jornaleros es elevado, conviene utilizar al máximo la mano de obra. 8. Reducción del material en proceso Aunque este es un problema de Control de Producción, una buena distribución puede ser de gran ayuda. Siempre que sea posible mantener el material en movimiento entre las operaciones, permitirá reducir la cantidad de material en proceso. Esto se consigue principalmente reduciendo los tiempos de espera del material en las distintas operaciones. Una buena solución sería igualar en la medida de lo posible los tiempos de proceso de las operaciones. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 42

44 9. Acortamiento del tiempo de fabricación Eliminando almacenamientos innecesarios, reduciendo las esperas y acortando las distancias se consigue reducir considerablemente los tiempos de fabricación aunque todo ello suponga un cierto grado de inactividad en alguna operación. 10. Reducción del trabajo administrativo y trabajo indirecto en general Cuando es posible distribuir en una fábrica el trabajo, de manera que pueda seguir el material una ordenación en cierta medida de forma automática, permite reducir considerablemente el trabajo de programación y lanzamiento de la producción. 11. Logro de una supervisión más fácil y mejor La distribución puede influir en la capacidad y calidad de la supervisión. Por ejemplo, una fábrica situada en un entresuelo desde la cual un capataz puede vigilarla, representa un ahorro de tiempo en cuanto a la supervisión. Existen otras soluciones en función del tipo de distribución que sigue una fábrica. 12. Disminución de la congestión y confusión El movimiento innecesario de los materiales y las tardanzas de los mismos, provocan en el almacén situaciones de confusión y congestión, las cuales se verían reducidas si se trasladan los materiales directamente a su punto de uso y se mantienen en continuo movimiento. 13. Disminución del riesgo para el material o su calidad Una buena distribución de la maquinaria en la fábrica es fundamental para mantener la calidad de un material, ya que una mala distribución puede provocar por ejemplo, que la vibración o las partículas que se desprenden en una operación, afecten a las propiedades de un material costoso de una operación vecina. 14. Posibilidad de futuros cambios y ampliaciones de la fábrica A la hora de diseñar una fábrica, es importante tener en cuenta la posibilidad de ampliarla en un futuro, para ello hay que prever una localización de la misma que permita dicha ampliación. 15. Otras ventajas diversas Además de lo ya mencionado en los puntos anteriores, una correcta distribución permite: una mejor distribución de los obreros en sus puestos de trabajo, mejores condiciones sanitarias, mejor aspecto de las áreas de trabajo, etc. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 43

45 6.2 PRINCIPIOS BÁSICOS Los objetivos vistos anteriormente pueden resumirse en los seis principios básicos de una distribución en planta: 1. Principio de la integración del conjunto: Consiste en la integración conjunta de todos los factores que afectan a la distribución (hombres, maquinaria, materiales, así como de otras actividades auxiliares), de forma que sea todo un conjunto y actúen como una sola máquina. 2. Principio de la mínima distancia recorrida: El objetivo es buscar siempre la distribución que ofrezca la menor distancia a recorrer, tanto de los operarios como de los materiales. 3. Principio de la circulación o flujo de materiales: A igualdad de condiciones, el objetivo a alcanzar es el de la distribución de la maquinaria de manera que estén en el mismo orden de las operaciones del proceso de fabricación. De esta forma, se conseguirá una producción más secuencial en la que se evita la circulación excesiva entre operaciones secuenciales. 4. Principio del espacio cúbico: Consiste en el máximo aprovechamiento de la superficie de la fábrica, tanto vertical como horizontal, teniendo en cuenta factores como el del movimiento de los operarios y del material, además del espacio que ocupa la maquinaría y servicios auxiliares. 5. Principio de la satisfacción y seguridad: A igualdad de condiciones, será siempre más efectiva una distribución que consiga que el trabajo realizado por los productores sea más satisfactorio y seguro. 6. Principio de la flexibilidad: Es preferible una ordenación en la planta que permita realizar cambios futuros en la distribución con el menor coste y tiempo posible. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 44

46 6.3 TIPOS DE DISTRIBUCIÓN Para entender los diferentes tipos de distribuciones, resulta clave definir el significado de producción: Producción: Es el resultado obtenido por la unión de materiales, personas y maquinaria, actuando mediante alguna forma de dirección. Las personas trabajan sobre los materiales utilizando la maquinaria necesaria, modificando su forma o características y añadiéndoles otros materiales. De esta manera se convierten en un producto. Dependiendo de cómo se relacionen los movimientos de estos tres elementos, la distribución de la planta estará destinada para un tipo de operación u otro. En el caso extremo se encuentra con que si ninguno de los tres elementos se mueve, (personas, maquinaria y material) el proceso de producción permanecerá parado. Si el utillaje es pequeño, resultará más útil mover la maquinaria y mantener el material parado si este es de gran tamaño. Por otro lado, si el material y la maquinaria son de gran tamaño, sería preferible mantener ambos sin movimiento y que sea el hombre el que lo haga por ellos. Sin embargo, lo más común en la industria es mover el material, a no ser que este tenga unas dimensiones demasiado grandes. Hay tres tipos clásicos de distribución: Distribución por posición fija Distribución por proceso o distribución por función Producción en cadena o por producto A continuación, se explica en qué consiste cada una de estas tres distribuciones y que ventajas tienen. Hay que tener en cuenta también que un proceso de producción no tiene por qué utilizar una sola distribución, sino que puede ser una combinación entre los diferentes tipos según convenga en cada momento. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 45

47 6.3.1 DISTRIBUCIÓN POR POSICIÓN FIJA Distribución que consiste en que el componente principal en que se basa el proceso concreto de fabricación, permanece quieto en una posición fija, mientras que son los operarios, herramientas y otros materiales los que concurren a este. Ilustración 21 Distribución por posición fija (Fuente Richard Muther, Distribución en planta ) VENTAJAS 1. Reduce el movimiento de la pieza mayor por la planta, aunque esto provoca que sean los operarios, otras piezas y herramientas las que tengan que trasladarse al punto de trabajo. 2. Crea estaciones de trabajo en las que haya un operario o grupo de operarios trabajando especializados en esa operación, lo que va a permitir exigir responsabilidades a los diferentes equipos cuando la calidad no es la adecuada. 3. Se adapta a gran variedad de productos y a demandas intermitentes. 4. Es flexible, ya que no hay un orden específico de las operaciones y permite cambios en las secuencias. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 46

48 INCONVENIENTES 1. Ocupación de espacio. 2. Dificultad para el uso de equipos difíciles de mover. 3. Manutención de las piezas hasta el emplazamiento principal de montaje. A continuación, se muestran situaciones en las que es favorable el uso de este tipo de distribución: Las operaciones a realizarle al material se pueden hacer mediante maquinaria sencilla o herramientas de mano. El coste del traslado del componente principal es mayor que el de las herramientas y materiales auxiliares. Cuando se realizan pocas piezas de un artículo. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 47

49 6.3.2 DISTRIBUCIÓN POR PROCESO Se caracteriza en que todas las operaciones de un mismo tipo se realizan en el mismo lugar. Se agrupan las operaciones similares y los equipos se agrupan de acuerdo con la función o tarea que lleven a cabo. Por ejemplo, en una fábrica donde se realiza mecanizado de piezas, esta distribución consiste en colocar diferentes zonas, cada una reservada para los diferentes tipos de mecanizado (taladrado, fresado, soldadura) y dividir a los operarios especializados en cada zona. Ilustración 22 Distribución por proceso (Fuente Principales técnicas de ingeniería) VENTAJAS 1. Se logra una mejor utilización de la maquinaria, evitando duplicidades. 2. Se adapta a cambios en la secuencia de operaciones. 3. Se adapta a gran variedad de productos. 4. Fácil adaptación a una demanda intermitente. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 48

50 INCONVENIENTES 1. Manutención cara. 2. Alto stock de materiales en curso. 3. Programación compleja. Situaciones favorables al uso de esta distribución: Maquinaria de mucho valor y difícil de mover. Variación de los tiempos que se requieren en las diferentes operaciones. Demanda de producto pequeña. Fabricación de diversos productos. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 49

51 6.3.3 PRODUCCIÓN EN CADENA Consiste en la producción en un área de trabajo que a diferencia de la producción fija, esta permanece en movimiento y el material va de un lugar a otro. Las operaciones se colocan de forma secuencial, de manera que cuando una operación acaba, el material pasa automáticamente a la operación que le sigue. Se coloca la maquinaria de manera que siga la secuencia de operaciones. Ilustración 23 Producción en cadena (Fuente Principales técnicas de ingeniería) VENTAJAS 1. Reducción del manejo del material. 2. Mano de obra especializada en su operación. Aumenta la efectividad. 3. Disminuye el tiempo de producción y la cantidad de material en proceso. 4. Reducción de la congestión y el área de suelo ocupado. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 50

52 INCONVENIENTES 1. El ritmo de producción lo marca la máquina más lenta. 2. Una avería puede interrumpir todo el proceso. 3. Tiempos muertos en algunos puestos de trabajo. 4. El aumento del rendimiento individual no repercute en el rendimiento global. La producción en cadena la emplearemos cuando: Se disponga de gran cantidad de piezas o productos a fabricar. Poca variedad de productos a fabricar. Demanda constante y altos volúmenes. Poca variación del diseño del producto. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 51

53 7 INFORMACIÓN PARA EL DIMENSIONADO Y CAPACIDAD DE LA PLANTA A continuación, se presentan los datos de partida de la planta objeto de este trabajo, a partir de los cuales, junto con la información del vehículo vista en apartados anteriores, se puede comenzar a diseñar la planta de fabricación. 7.1 MODALIDADES DE FABRICACIÓN Y CANTIDADES A PRODUCIR La fabricación del monoplaza se realizará íntegramente en el taller en estudio, a excepción de diversas piezas que, por su complejidad de diseño y trabajo que requieren en el monoplaza, son adquiridas directamente a proveedores especializados. Para conocer la demanda del vehículo, componentes del equipo ARUS realizaron un pequeño estudio de mercado sobre los posibles compradores, basándose en la relación entre características precio del monoplaza. Entre las características del vehículo, en primer lugar cabe destacar su potencia, dispone de más potencia que un kart convencional, pero no es tan potente como un Fórmula 4, por tanto, podría estar enfocada su venta al entrenamiento de aquellos jóvenes pilotos que quieren dar el salto de los karts a competiciones de nivel superior. Otros posibles compradores serían aquellos circuitos de velocidad, que ofrecen experiencias con vehículos de competición a conductores amateur. Por sus características, existe una normativa que no le permite competir en carrera con otros vehículos, por lo que limita bastante el número de ventas, sin embargo, se pueden promover diferentes competiciones de resistencia o contrarreloj que aumentarían el número de ventas. Como datos de partida, se dispone de un pedido de 20 vehículos el primer año, cantidad que irá aumentando progresivamente años posteriores hasta alcanzar una cifra constante de 80 unidades al año. El disponer de una demanda variable los primeros años, conlleva tener que diseñar una planta para hacer frente a la demanda del primer año, teniendo en cuenta los espacios posibles que harán falta en el futuro cuando la demanda sea mayor. Se dispone también de dos modalidades diferentes de entrega de los vehículos, por la cual variará su precio de venta y que dependerá de la elección del cliente. Las modalidades de entrega son las siguientes: Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 52

54 1) Monoplaza semi-montado: Son el 25 % del total de vehículos demandados. Sólo se ensamblará el motor junto con la transmisión y el chasis, después se empaquetan junto con el resto de piezas ya mecanizadas. Suele ser un pedido realizado por clientes con cierto conocimiento de vehículos aunque en éste caso las partes principales están ensambladas. El precio es menor con respecto al monoplaza montado debido a que disminuye el número de operaciones de montaje necesarias en el coche. En lo que respecta a la fabricación del vehículo, no altera los procesos de fabricación del mismo, ya que el mecanizado de piezas va a seguir los mismos procesos que un vehículo montado y en el montaje, se tiene la ventaja de que no requieren de todos los procesos, por lo tanto el trabajo se verá disminuido. 2) Monoplaza montado: Son el 75 % del total de vehículos demandados. Se ensamblan todas las partes del coche, además de comprobar niveles de líquidos y realizar unas pruebas de calidad. Es la opción más demandada por parte del cliente ya que, a pesar de que el precio es algo superior en comparación al caso anterior, el vehículo sale de la fábrica preparado para competir. El porcentaje de vehículos montados o semi-montados, no supondrá un cambio grande en el funcionamiento normal de la planta ya que el número de coches a fabricar es reducido y el porcentaje es pequeño. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 53

55 7.2 CONSIDERACIONES SOBRE LA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA BASADAS EN SUS REQUISITOS DE CAPACIDAD Para introducirse en la planta en estudio, el primer paso es conocer el tipo de distribución a seguir en la fabricación del producto, para así poder diseñar las diferentes estaciones de trabajo en función de la distribución. Por ello, es necesario el conocimiento de aspectos tales como, el tipo de producto que se va a fabricar y su demanda. Como se acaba de ver, al tratarse de un vehículo con unas características muy específicas y para un tipo de cliente muy concreto, la demanda del mismo no va a ser muy alta. Requiere de mucho trabajo con herramientas de mano por parte del operario y en el que la maquinaria de gran tamaño, se utiliza en contadas ocasiones para mecanizar diferentes piezas y componentes. Se dispondrá de dos zonas de trabajo, en una de ellas se incluyen todas las operaciones que se requieren para la transformación de los materiales. A esta zona, llegarán todos aquellos materiales procedentes del almacén principal, que requieren de algún tipo de mecanizado o modificación de sus características iniciales. Por otro lado se dispondrá de una segunda zona, destinada al ensamblaje. Este espacio estará reservado exclusivamente para el montaje del vehículo. Para ello, se dispondrá de diferentes módulos en los que se desarrollen los diversos procesos de montaje. Haciendo una valoración de estos aspectos, la distribución en el proceso de montaje que más se asemeja a la del vehículo en estudio es la distribución por posición fija. El producto principal, el vehículo, permanecerá parado en una estación de trabajo y son los operarios y las diferentes herramientas las que concurren a él. Mientras, en la zona de mecanizado se seguirá una distribución por proceso, ya que todas las operaciones de mecanizado se realizan en ese lugar. Normalmente, una fábrica de coches sigue una producción en línea de montaje, ya que este tipo de distribución permite que el nivel de fabricación sea muy alto y que los operarios se especialicen cada uno en una zona de trabajo. Inicialmente se pensó que este tipo de distribución sería la ideal en la planta en estudio, sin embargo, más adelante se vio que para el nivel de demanda que se tenía, este tipo de distribución resultaba inadecuado, ya que estaría destinado a grandes flujos de producción con gran especialización de tareas y sistemas automatizados. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 54

56 Para las producciones casi unitarias de que se trata, ni la mano de obra que requeriría la especialización, ni la utilización de una maquinaria de alta producción, podrían ser absorbidas por una producción muy baja. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 55

57 8 DISEÑO DE LA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA MEDIANTE EL MÉTODO SLP El diseño de una distribución en planta es un proceso largo y complejo, donde hay que tener en cuenta un gran número de aspectos, por lo que no es posible lógicamente un método que resuelva el problema de forma automática, aunque sí que existe y es conveniente, el uso de un método o un camino que indique de forma ordenada los pasos a seguir para alcanzar el fin perseguido. Como sucede con los problemas complejos, no existe un único método o camino de resolución del problema, incluso se pueden hacer variantes concretas de métodos ya existentes. Pero sin duda, es importante partir de una base y para ello, el método más utilizado y el más conocido es el SLP (Systematic Layoud Planning), desarrollado por Richard Muther. El método comienza con la recogida de información acerca del producto o productos a fabricar. Debe incluir datos sobre cantidades, procesos y servicios de los mismos. Es importante que la información aportada incluya elementos que permitan efectuar previsiones. Con la información, se procede por un lado al estudio del flujo de los materiales (bloque 1) y por otro, se fijan las relaciones entre actividades, aunque estas no requieran movimiento de materiales (bloque 2). Ambas actividades confluyen en el diagrama de relaciones (bloque 3), que se encarga de expresar sintéticamente la importancia de los intercambios de los centros de actividad. El diagrama muestra una primera distribución de las actividades en el almacén, aunque no aparece en ningún momento el espacio ocupado y la distribución posteriormente puede ser modificada. Las necesidades de espacio son evaluadas en la siguiente actividad (bloque 4), a la vez que se evalúa el espacio del que se dispone (bloque 5). Con toda esta información, se procede a crear el diagrama de relación de espacios (bloque 6), que incorpora al diagrama de relaciones la información obtenida del espacio requerido para cada centro de actividad. A partir del diagrama de relaciones de espacio, se puede comenzar a diseñar diferentes modelos de distribuciones (bloque 9) con los que poder ir evaluando la mejor solución, teniendo en cuenta los factores influyentes y las limitaciones prácticas (bloques 7 y 8 respectivamente). Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 56

58 Es importante obtener diversas soluciones, ya que una distribución en planta nunca va a tener una única distribución posible, a partir de ellas comenzar a descartar opciones. Una solución que aparentemente puede parecer la mejor, luego puede resultar la solución equivocada debido a un fallo en el esquema básico ó al no considerar otras soluciones. La última actividad (bloque 10), consiste en la elección de la mejor alternativa. El conjunto de actividades puede dividirse en tres partes: la de análisis (bloques del 1 al 5), búsqueda (bloques del 6 al 9), y selección (bloque 10). Ilustración 24 Esquema del Systematic Layout Planning (Fuente Localización y Distribución en Planta y Manutención) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 57

59 8.1 RECOGIDA Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN DE PRODUCCIÓN El primer paso en el proceso de diseño de una distribución en planta es, recopilar información acerca del producto a fabricar: cantidades, procesos de fabricación, número de trabajadores necesarios, maquinaria, etc. En este apartado se incluye también, en el caso de fabricar diversos tipos de productos, el darle preferencia a unos frente a otros. Habrá una mayor o menor agregación del producto en la planta, en función del peso que este tenga en comparación al resto de productos que se fabriquen. Estos datos deben estar previstos para un horizonte temporal amplio, ya que no sería rentable el tener que modificar y ampliar la planta de manera habitual, debido al coste que esto supone. Si la información de la demanda no fuera un dato, se puede obtener de diferentes maneras, como por ejemplo, de datos históricos de la empresa, analizando la situación económica y tecnológica y las tendencias de estas, o mediante el estudio de la estrategia que la empresa tenga del horizonte temporal. Como ya se vio anteriormente, el caso en estudio es el diseño de la distribución en planta de un vehículo monoplaza, cuyas características técnicas y demanda, aparecen en el apartado 3 y punto 7.1 respectivamente. Además, se dispone únicamente de un producto a fabricar, por lo que no se le tiene que dar preferencia a unos productos frente a otros. En lo que a maquinaria se refiere, se considera únicamente la necesaria para hacer frente a la demanda del primer año. Será el caso de las herramientas de mano, grúas para motores, equipo de soldar, etc. Sin embargo, en otros casos como en los del torno CNC, la cortadora por agua y el centro de mecanizado de tres ejes, al tratarse de maquinaria de mucho valor, resultaría inviable reemplazarlas en función de las exigencias de cada año, por lo que se adquieren directamente aquellas que tengan capacidad para hacer frente a la futura demanda. Una manera de conocer la cantidad de operarios y estaciones necesarias en los diferentes puestos de trabajo, para hacer frente al número de vehículos a fabricar al año, es estimar la duración de las tareas y compararlas con la demanda anual. En la siguiente tabla, se muestran los tiempos y número de operarios estimados para realizar cada una de las fases del montaje del vehículo: Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 58

60 FASES DE MONTAJEJE TIEMPO(h) OPERARIOS Fase 0: Chasis 20 Cortar y doblar tubos de acero 4 Soldar los tubos y soportes 12 2 Aplicar pintura y tratamiento anticorrosión 4 Fase 1: Motor y transmisión 16 Montaje del motor y palanca de cambios 4 Montaje del escape y entrada de aire 4 2 Montaje y colocación de transmisión, radiador y tanque de combustible 8 Fase 2 :Frenos, suspensión y neumáticos 14 Montaje de la suspensión 8 Montaje del sistema de frenos 4 2 Colocación de ruedas y neumáticos 2 Fase 3: Dirección, electrónica y acabados 16 Montaje del sistema de dirección 6 Montaje de cableado y electrónica 6 2 Otros instrumentos y acabados 4 Fase 4: Carrocería 12 Laminado manual y secado Ensamblar carrocería 4 Tiempo total de ensamblaje 78 Tabla 4 Fases del montaje y tiempos estimados (Fuente Realización Propia) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 59

61 Como se observa en la tabla, son necesarios únicamente dos operarios para realizar todas las tareas de montaje en un total de 78 horas. Estos tiempos se han supuesto, teniendo en cuenta los diferentes procesos de montaje a seguir y piezas que componen cada una de las fases, considerando además que se disponen del total de las piezas ya mecanizadas en cada fase del montaje Al tiempo anterior, hay que añadirle tiempos de revisiones, posible rotura de máquinas, tiempos de descanso de los operarios y puesta a punto del vehículo, lo que aumentará en varias horas la fabricación del mismo. Siendo el número de días laborales al año de los operarios de 220, se dispondrá por tanto de 11 días, en un turno de 8 horas/día, para fabricar un vehículo y poder hacer frente a las 20 unidades del primer año. Si la estimación es buena, se dispone por tanto de tiempo suficiente, únicamente con dos operarios en la zona de montaje, para cumplir con la demanda. En caso de que no fuera suficiente, se podría realizar la fase 4 (la carrocería), como una estación paralela, reduciendo así los tiempos de montaje. A su vez, hay que tener en cuenta que el 25 % de vehículos a fabricar deben ser semi-montados, por lo que las fases 2 y 3 solo requerirían del montaje, pero no el ensamblaje en el vehículo. En el momento en el que la demanda de vehículos aumenta el doble que el primer año, se doblaría el número de turnos al día. Como se tiene previsto que la demanda siga aumentando hasta 80 vehículos en un horizonte de unos 5 años, el siguiente paso sería doblar el número de estaciones de trabajo, de esta manera se podrían realizar dos coches simultáneamente, aunque eso conlleve la necesidad de compra de más herramientas para la nueva estación de montaje. De forma paralela al proceso de montaje, se requiere de dos operarios encargados de tareas como: Mecanizado de piezas, de manera que en las estaciones de montaje siempre se disponga del material necesario listo para ensamblar Traslado de piezas del almacén a la zona de montaje y mecanizado Mantenimiento de la maquinaria Preparación de pedidos Organización de almacenes Ayuda en la fabricación de la carrocería y otros procesos de montaje Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 60

62 Además de estos 4 trabajadores se encuentran el jefe de la planta, junto con el personal de diseño de los diferentes departamentos en los que se divide el vehículo.. A continuación, se muestra el diagrama de Gant del proceso de montaje. Las operaciones en rojo son críticas, mientras que las azules disponen de holgura para ser realizadas. Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 61

63 Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 62 Diagrama 1 Planificación de procesos de montaje (Fuente Realización Propia)

64 8.2 MOVIMIENTO DE MATERIALES En este bloque, se procede al estudio de la circulación de los materiales en la planta industrial. Para una industria de transformación y montaje, esto supone un aspecto clave en el planteamiento de la distribución de la planta. Para su estudio, se parte de una explicación de los procesos que se siguen en la producción. En esta tarea se pueden utilizar diferentes métodos, sin embargo un método muy útil es el de representar los procesos gráficamente. De esta manera se establece un tipo de lenguaje de símbolos, en los que cada uno representa una actividad o función y así se van relacionando las diferentes actividades. Hay una gran variedad de símbolos, gráficos y tablas que pueden ser utilizados. No se pretende crear una regla común y sistemática a todos los casos, todo depende del nivel de detalle que se desee. Normalmente todos estos símbolos y gráficos pueden ser adaptados a los diferentes tipos de proyectos. Los símbolos más empleados son los de la ASME (asociación estadounidense de ingenieros mecánicos), son los siguientes: Tabla 5 Símbolos de la ASME (Fuente Richard Muther `Distribución en planta`) Diseño de la distribución en planta de las instalaciones de fabricación y montaje de un vehículo monoplaza de competición 63