NUMERO DE PROYECTO: 213139 EMPRESA BENEFICIADA: El Manantial S.A. de C.V. TÍTULO DEL PROYECTO: Investigación y Desarrollo de la Ingeniería Aplicada y el Prototipo de un Sistema Automatizado de Paletizado para su Integración a una Cadena Productiva de Embotellado en Vidrio de Bebidas Carbonatadas.
OBJETIVO DEL PROYECTO: El objetivo general del proyecto de Investigación y Desarrollo de El Manantial S.A. de C.V. titulado Investigación y Desarrollo de la Ingeniería Aplicada y el Prototipo de un Sistema Automatizado de Paletizado para su Integración a una Cadena Productiva de Embotellado en Vidrio de Bebidas Carbonatadas, es la contribución al fortalecimiento de las cadenas productivas a través de la unificación de recursos físicos, tecnológicos, económicos y humanos eficientes y robustos; obteniendo como resultado del proyecto la conceptualización, modelación, diseño, construcción, y liberación en sitio de un prototipo de sistema flexible y automatizado de paletizado que pueda adaptarse, fácilmente, a los diferentes parámetros de proceso, de producto y de control de la línea de llenado de envases de vidrio de bebidas carbonatadas.
PRINCIPALES ACTIVIDADES REALIZADAS: Las siguientes actividades se llevaron a cabo en un orden cronológico, donde algunas tareas fueron ejecutadas de manera paralela: 1.- Investigación y documentación sobre las especificaciones principales del sistema con relación a los requerimientos de la línea de producción (System Requirements Review, SRR). 2.- Diseño y modelación conceptual / preliminar del sistema con relación a la tasa de confiabilidad, mantenimiento, disponibilidad en el tiempo total de funcionamiento y reparación. 3.- Revisión de diseño preliminar a través de la metodología PDR (Preliminary Design Review). 4.- Ingeniería, diseño, modelación y simulación a detalle del sistema. 5.- Revisión crítica del diseño a detalle a través de la metodología CDR (Critical Design Review). 6.- Programación y diseño de control industrial del sistema: Programas PLC (Programmable Logic Controller) y HMI (Human Machine Interface). 7.- Generación de documentación para la fabricación del prototipo del sistema y revisión bajo la metodología PRR (Production Readiness Review). 8.- Fabricación de partes mecanizadas y aprovisionamiento de piezas comerciales del prototipo del sistema automatizado de paletizado. 9.- Verificación y validación de la conformidad de las partes respecto a especificaciones de diseño. 10.- Ensamble mecánico, eléctrico y de control del prototipo del sistema. 11.- Pruebas y validación del prototipo en las instalaciones de CIDESI. 12.- Verificación de la conformidad de las instalaciones de El Manantial antes del ensamble del prototipo del sistema. 13.- Ensamble y puesta a disposición del prototipo del sistema. 14.- Pruebas y validación del prototipo para su liberación en sitio. 15.- Capacitación y entrenamiento del personal de El Manantial en los métodos de operación y mantenimiento, y control de los parámetros críticos de desempeño del prototipo del sistema automatizado de paletizado. 16.- Análisis, evaluación, validación y documentación del proceso de diseño y construcción de un prototipo óptimo del sistema de paletizado de producto terminado en una línea de llenado de botellas de bebidas refrescantes, identificando puntos críticos de parametrizado y control en vista de un incremento de la capacidad del sistema.
BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO: El proyecto de I+D de El Manantial S.A. de C.V. tiene como resultado máximo la conceptualización, modelación, diseño, construcción, y liberación en sitio de un prototipo de sistema flexible y automatizado de paletizado que pueda adaptarse, fácilmente, a los diferentes parámetros de proceso, de producto y de control de la línea de llenado de envases de vidrio de bebidas carbonatadas. El reto tecnológico es la flexibilidad y re-configurabilidad del sistema prototipo considerando los diversos modelos de cajas, variedad de envases de producto terminado, configuraciones de estiba de acuerdo a las necesidades de cualquier cliente, en tiempos de ciclo tan demandantes y sin requerir cambios de serie mayor en el sistema, esperando una re-configurabilidad rápida y efectiva.
RESULTADOS DEL PROYECTO: La evidencia de los resultados e indicadores que se enlistan a continuación se anexa al reporte técnico, a fin de entregar la información completa, mostrando gráficos, cálculos, diseños, reportes de investigación, etc., a continuación se enlistan los productos resultantes de la correcta ejecución del proyecto: Matriz de especificaciones y requerimientos detallados del sistema como entrada para el proceso de diseño. Diseño y modelación funcional preliminar del sistema prototipo. Reporte conteniendo la validación de la revisión bajo el esquema PDR. Diseño y modelación funcional preliminar del sistema con un análisis RAMS positivo. Diseño y modelación a detalle del sistema. Reporte conteniendo la validación de la revisión bajo el esquema CDR. Diseño y modelación a detalle del sistema conteniendo los cambios solicitados durante la revisión CDR Planos de fabricación y ensamble del prototipo del sistema en 2D y 3D. Reporte conteniendo la validación de la revisión bajo el esquema PRR. Lista de partes y materiales con costos y proveedores. Lista de verificación de la conformidad y reporte de validación de las partes respecto a dimensiones y especificaciones de diseño. Prototipo del sistema automatizado de paletizado. Reporte de verificación del acondicionamiento de instalaciones finales previo a la puesta a disposición del prototipo. Evaluación y listado de los requerimientos de la planta para ensamble y pruebas. Prototipo del sistema automatizado de paletizado instalado en sitio. Reporte de pruebas y validación de ensamble para la liberación en sitio del prototipo del sistema. Manuales de operación, control y mantenimiento de cada uno de los elementos que conforman el prototipo del sistema. Documentación del proceso de evaluación y validación del sistema. Memorias de cálculo de los elementos del sistema. Listas de partes mecánicas y comerciales que integran el equipo. Diagramas eléctricos, neumáticos, hidráulicos, etc. (los que apliquen). Programas de operación del (de los) equipo(s). Instrucciones de instalación del equipo y de servicio. Programación de control de los elementos del sistema de control del prototipo. Recomendaciones de ensamble y desensamble para mantenimiento.
IMPACTOS DEL PROYECTO: Impacto Científico: El principal reto fue conceptualizar un prototipo que cumpliera con las condiciones de funcionalidad en cuanto a tiempos de ciclo y lograr un balance adecuado en la dinámica de los sistemas en movimiento del prototipo. Debido al tiempo de ciclo requerido (4seg/caja), fue necesario dar especial atención al diseño mecánico de control de este sistema paletizador, ya que debe tener la capacidad y la flexibilidad para lograr las diferentes configuraciones de la estiba en tiempo, costo y forma. Para la selección de servomotores se hizo un completo análisis dinámico, con la finalidad de determinar masas, velocidades, aceleraciones, torques e inercias; magnitudes físicas que repercuten directamente en el tamaño de servomotor. Fue necesario trabajar en la selección de los diferentes materiales de las piezas que componen la rigidez de las diferentes piezas y estructuras. Se han desarrollado capacidades en los participantes del proyecto para el diseño de sistemas de alta velocidad. Impacto Tecnológico: Se solventó una condición de riesgo de salud para los operadores de la empresa El Manantial debido a la carga repetitiva de cajas llenas y la condición de flexión repetitiva de cintura para colocar las cajas y formar la estiba. Se desarrolló un prototipo basado en normas de ergonomía, seguridad, mantenibilidad, y disponibilidad. La empresa cuenta ahora con un prototipo que le otorga una ventaja competitiva respecto de sus competidores. Impacto Económico: Con el desarrollo de este prototipo, se disminuye el costo asociado a lesiones de trabajo y aumenta el nivel de competitividad de la empresa, ya que mejoro su eficiencia productiva que se traduce en beneficios económicos. Al finalizar el desarrollo del prototipo este generara una fuente de empleo directa, además del aumentar la velocidad de estiba del producto terminado.