Sistemas de Fabricación y Montaje 15-16
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Sistemas de Fabricación y
Montaje
Ingeniería de los Procesos de Fabricación
Dpto. de Ingeniería Mecánica y FabricaciónEscuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Bibliografía básica:
• Automation, Production Systems and Computer Integrated Manufacturing. Cap. 1, 2, 13, 15, 16, 17, 18, 19.
Ingeniería de Fabricación
ÍNDICE:
1. Introducción a los sistemas de Producción eInstalaciones de Fabricación
2. Sistemas de Fabricación
3. Líneas de Producción y Sistemas de Montaje
Ingeniería de Fabricación
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Introducción a los Sistemas
de Producción e
Instalaciones de
Fabricación
Ingeniería de los Procesos de Fabricación
Dpto. de Ingeniería Mecánica y FabricaciónEscuela Superior de Ingenieros
Universidad de Sevilla
Ingeniería de Fabricación
1. El Sistema de Producción
2. Instalaciones de Fabricación/Producción. Clasificación yDistribución en Planta.
3. Sistemas de Apoyo a la Fabricación
4. Automatización de los Sistemas de Producción
Ingeniería de Fabricación
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Sistema de Producción:Colección de personas, equipos y procedimientosorganizados para llevar a cabo las operaciones defabricación de una empresa.
1. El Sistema de Producción
Dos categorías/niveles:1. Instalaciones (Facilities):
Incluye la factoría, las máquinas de fabricación yherramientas, equipos de manejo de materiales, equipos
de inspección y sistemas informáticos que controlan lasoperaciones de fabricación.
Distribución de la planta (layout) - la forma en que losequipos están físicamente dispuestos en la fábrica(distribución en planta).
Los Sistemas de Fabricación (manufacturing systems) -agrupaciones lógicas de equipos y trabajadores de la fábricacuya función es la de realizar una o más operaciones deprocesamiento y / o ensamblaje sobre una materia prima departida, una parte o un conjunto de partes. Sistemas encontacto directo con el producto (partes o montajes) V.A..
1. El Sistema de Producción
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Ejemplos de Sistemas de Fabricación:
Células de estación única (Single-station cells)
Grupos de máquinas (Machine clusters)
Líneas de montaje manual (Manual assembly lines)
Líneas de transferencia automatizadas (Automated transfer
lines)
Sistemas automatizados de montaje (Automated assemblysystems)
Células de máquinas (Cellular Manufacturing)
Sistemas de fabricación flexibles (Flexible manufacturing
systems)
1. El Sistema de Producción
Dos categorías/niveles:
2. Sistemas de Apoyo a la Fabricación (ManufacturingSupport Systems): conjunto de procedimientos util izados por una empresa
para gestionar la producción (planificación y control) yresolver problemas técnicos y de logística de materiales,transporte de materiales, piezas y útiles en la fábrica, ygarantizar la calidad del producto.
1. El Sistema de Producción
El Sistema de Producción incluye también a
personas
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2. Instalaciones de Producción
Una empresa de fabricación intenta organizar susinstalaciones en la forma más eficiente para servir a lamisión particular de la planta
Ciertos tipos de plantas se reconocen como la formamás adecuada de organizar para un determinado tipo defabricación
El tipo más adecuado depende de:
Tipos de productos elaborados
Volumen de producción
Variedad de productos
2. Instalaciones de Producción
-Las plantas de fabricación tienden a
especializarse en unas cantidades de
producción y variedades de productos
dentro de dicha banda.
-Relación inversa entre la cantidad de
producción y la variedad de productos
en términos de las operaciones de la
fábrica
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Volumen de producción (production quantity):
Número de unidades de una pieza o un productoelaborado anualmente por la planta
Tres gamas de cantidades (en general):
1. Baja Producción - 1 a 100 unidades
2. Media Producción - 100 a 10.000 unidades
3. Alta producción o producción en masa -10.000 a millones de unidades
2. Instalaciones de Producción
Variedad de productos (product variety):
Se refiere al número de diferentes diseños deproductos o partes producidos en la planta
Variedad de productos Hard (Hard product variety) - productosdifieren considerablemente. Pocos componentes comunes enun conjunto o ensamblaje. Son productos de diferentescategorías.
Variedad de productos Soft (Soft product variety) - pequeñasdiferencias entre los productos. Muchos componentes comunesen un conjunto o ensamblaje. Son modelos de diferentesproductos, pero de una misma categoría.
2. Instalaciones de Producción
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Taller (Job shop) – Se fabrican pequeñas cantidades deproductos especializados y personalizados
También incluye la producción de componentes paraestos productos
Los productos suelen ser complejos (p.e. maquinariaespecializada, prototipos, aeronaves, etc.)
El equipo es de uso general y mano de obraespecializada. Poca repetición de órdenes de fabricac.
Diseños o Distribución de la planta: Posición fija
Distribución por Procesos
2. Instalaciones de Producción
Instalaciones y layout para Baja Producción:
Layout de posición fija
2. Instalaciones de Producción
Se emplea en productos grandes y pesados. El producto permanece en una misma
localización, al menos en su etapa de ensamblaje final, y son los operarios y los equipos
los que vienen a éste (p.e. barcos, aeronaves, locomotoras, maquinaria pesada, etc.).
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2. Instalaciones de Producción
Layout por procesos
El equipamiento se organiza por tipo o función (proceso). Las piezas van de un
agrupamiento a otro siguiendo su ruta de fabricación. La ventaja de esta distribución es la
flexibilidad (en configuraciones de piezas y secuencias de fabricación). La desventaja es
que se pierde eficiencia (máquinas y tecnologías no diseñadas para alta eficiencia).
Mucho movimiento de material y piezas por la planta.
Producción por lotes (Batch Production) – Se produce un lotede un tipo de producto, y a continuación, la instalación secambia para producir otro lote de otro tipo de producto.
Variedad de productos – Hard
Tiempo de preparación (setup time) involucra cambio deherramientas y reprogramación de maquinaria. “Tiempo perdido”.
Distribución típica: “por proceso”
2. Instalaciones de Producción
Instalaciones y layout para Media Producción:
Se repiten
frecuentemente las
órdenes de fabricación
de cada producto
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Layout Celular
2. Instalaciones de Producción
Fabricación celular (Cellular Manufacturing) – Los equipos seagrupan en células para fabricar diferentes modelos deproductos, que no requieren un gran cambio deconfiguración.
Variedad de productos – Soft
Distribución típica: “celular” Cada célula produce una reducida variedad de productos, i.e.
está especializada en una familia de productos similares.
Célula 1 Célula 2
Producción en Serie (Quantity Production) - Equiposdedicados a la fabricación de un solo tipo de componente oproducto
Está formado por máquinas en serie para la altaproducción (p.e., prensas, máquinas de mecanizado,etc ) empleando dispositivos de manejo de materialesetc
Diseño típico – Distribución por proceso (layout)
2. Instalaciones de Producción
Instalaciones y layout para Alta Producción (o Producción en Masa):
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Layout por
producto
2. Instalaciones de Producción
Producción en Línea (Flow line production) - Múltiplesestaciones de trabajo dispuestas en secuencia. El productose mueve de estación en estación. Cada estación de trabajoinvolucra diferentes equipos y trabajadores para larealización de una o varias tareas.
Producto requiere un procesamiento múltiple oensamblaje por pasos (estaciones maximizan eficiencia)
Diseño más común – Distribución por producto
2. Instalaciones de Producción
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3. Sistemas de Apoyo a la Fabricación
Se encarga del diseño de procesos y equipamiento, laplanificación y control de las órdenes de producción, y desatisfacer los requerimientos de calidad del producto (operar las instalaciones de producción de forma eficiente).
Engloba las actividades de procesamiento de información que consta decuatro funciones: Actividades/Funciones de negocio, Diseño delproducto, Planificación de la fabricación y Control de la fabricación.
3. Sistemas de Apoyo a la Fabricación
1. Funciones de negocio: ventas ymarketing, entrada de pedidos,contabilidad de costos, facturaciónal cliente. Contacto con cliente.
2. Diseño del producto:investigación y desarrollo,ingeniería de diseño, maquetación(planos), prototipado
3. Planificación de la Fabricación:planificación de la producción,planificación de procesos, MRP,planificación de capacidad
4. Control de fabricación: control deinventario, control de planta, controlde calidad
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4. Automatización en los sistemas de
producción
Las dos categorías de automatización en el sistemade producción se solapan porque los sistemas deapoyo a la fabricación están conectados con lossistemas de fabricación. Fabricación integrada por ordenador (CIM), hace
referencia al intensivo uso de la informática en losSistemas de Producción.
Ejemplos de Sistemas de Fabricación Automatizados:
Líneas de transferencia (tranfers) p.e. de mecanizado
Sistemas automatizados de montaje
Robots industriales, que realizan operaciones deprocesamiento o ensamblaje
Sistemas de manejo de materiales y dealmacenamiento automatizado, para integrar lasoperaciones de fabricación
Sistemas automáticos de inspección de control decalidad
4. Automatización en los sistemas de
producción
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Tres tipos básicos de Sistemas de Fabricación Automatizados:
1. Automatización Fija
2. Automatización Programable
3. Automatización Flexible
4. Automatización en los sistemas de
producción
Automatización Fija (Transfer):
Un sistema de fabricación en el que la secuencia deoperaciones de procesamiento (o ensamblaje) está fijadapor la configuración del equipo. Está formado por la
sucesión de operación simples, que coordinadas ysecuenciadas sobre la pieza permiten obtener piezas degran complejidad.
Características típicas: Produce un único tipo de pieza o producto
Rentable para altas cantidades de producción
Alta inversión inicial para el diseño personalizado del equipo
Permite obtener altas tasas de producción
Relativamente inflexible para acomodar diferentes productos
4. Automatización en los sistemas de
producción
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4. Automatización en los sistemas de
producción
Automatización Fija (Transfer):
TRANSFERPieza en bruto Pieza acabada
Automatización Programable:
El sistema de fabricación permite cambiar la secuencia deoperaciones para acomodar diferentes configuraciones deproductos. La secuencia de operaciones está controlada
por un programa. El ajuste de equipos y programa decontrol involucra una perdida de tiempo.
Características típicas: Alta inversión en equipos de uso general Menores tasas de producción que la automatización fija Flexibilidad para hacer frente a las variaciones y los cambios en la
configuración del producto Es la más conveniente para la producción de lotes Adecuado para volúmenes de producción medios y bajos. Ej: máquinas de Control Numérico, Robots programables,
4. Automatización en los sistemas de
producción
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Automatización Flexible:
Una extensión de automatización programable en la que elsistema es capaz de pasar de un trabajo a otro sin tiempoperdido entre trabajos.
Características típicas: Alta inversión en un sistema personalizado
Producción continua de productos diferentes Apropiada para volumenes medios de producción
Flexibilidad basada en abordar productos similares (variabilidad soft)
4. Automatización en los sistemas de
producción
4. Automatización en los sistemas de
producción
manual
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Sistemas de Fabricación
Ingeniería de los Procesos de Fabricación
Dpto. de Ingeniería Mecánica y FabricaciónEscuela Superior de Ingenieros
Universidad de Sevilla
Ingeniería de Fabricación
1. Introducción a los Sistemas de Fabricación
2. Clasificación de los Sistemas de Fabricación3. Tecnología de Grupos (GT) y Fabricación Celular (CM)
4. Sistemas de Fabricación Flexible (FMS)
Ingeniería de Fabricación
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1. Introducción a los Sistemas de
Fabricación
Definición de Sistema de Fabricación: Una colección integrada deequipos y recursos humanos, cuya función es la de realizar una o másoperaciones de procesamiento y / o ensamblaje sobre una materiaprima de partida, una parte o un conjunto de partes.
COMPONENTES
Los equipos incluyen:
1) Máquinaria de producción, herramientas, utillaje
2) Sistemas de Manejo de Materiales (carga, posicionado,transporte, almacenamiento)
3) Sistemas informáticos para controlar/coordinar
Los recursos humanos son necesarios ya sea a tiempo completo o deforma periódica para mantener el sistema en funcionamiento.
El Sistema de Fabricación es donde se aporta valor añadido al producto.
Sistemas de Fabricación en el Sistema de Producción
1. Introducción a los Sistemas de
Fabricación
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Ejemplos de Sistemas de Fabricación:
Células de estación única (Single-station cells)
Grupos de máquinas (Machine clusters)
Líneas de montaje manual (Manual assembly lines)
Líneas de transferencia automatizadas (Automated transfer lines)
Sistemas automatizados de montaje (Automated assembly
systems)
Células de máquinas (Cellular Manufacturing)
Sistemas de fabricación flexibles (Flexible manufacturing systems)
1. Introducción a los Sistemas de
Fabricación
1) Maquinaria de Producción
Clasificación de las máquinas de producción:
1. Máquinas de accionamiento manual, son controladaso supervisadas por un trabajador humano.
2. Semi-automáticas, realizan una parte del ciclo detrabajo usando alguna forma de control bajoprograma, y un trabajador de la máquina atiende elresto del ciclo.
3. Máquinas totalmente automatizadas, funcionandurante largos periodos de tiempo sin atenciónhumana.
1. Introducción a los Sistemas de
Fabricación
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2) Sistema de Manejo de Materiales
En la mayoría de sistemas que procesan o ensamblan partes
discretas y productos, las siguientes funciones se deben
presentar:
1. Carga de las unidades de trabajo en cada estación
2. Unidades de posicionamiento de trabajo en cada estación
3. Descarga de las unidades de trabajo en cada estación
4. El transporte de las unidades de trabajo entre las
estaciones de sistemas de puestos múltiples.
5. El almacenamiento temporal de las unidades de trabajo
1. Introducción a los Sistemas de
Fabricación
Dos categorías de transporte en sistemas de fabricación multi-
estación:
1. Enrutamiento fijo
Las unidades de trabajo (muy similares) siempre fluyen
a través de la misma secuencia de estaciones detrabajo.
La mayoría de las líneas de producción
ejemplifican esta categoría.
2. Enrutamiento variable
Las unidades de trabajo (diferentes) se mueven a
través de una variedad de secuencias de estaciones
diferentes (Group technology machine cells and FMS).
La mayoría de los talleres (job shop) y la producción en
lotes ejemplifican esta categoría.
1. Introducción a los Sistemas de
Fabricación
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1. Introducción a los Sistemas de
Fabricación
3) Sistema informáticos de control Las funciones típicas de un ordenador en un sistema de
fabricación son:
Comunicar instrucciones a los trabajadores
Descarga de programas de piezas en máquinas controladaspor ordenador (p.e. CNC)
Controlar los sistemas de manejo de materiales
Planificar la producción
Diagnosis de fallos cuando se produzcan errores
Control de seguridad
Control de calidad
Gestión de operaciones y procesos
1. Introducción a los Sistemas de
Fabricación
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2. Clasificación de los Sistemas de
Fabricación
Los factores que definen y distinguen a los sistemas de
fabricación:
1. Tipos de operaciones
2. Número de estaciones de trabajo y layout del sistema
3. Nivel de automatización
4. Variedad de partes ó productos
2. Clasificación de los Sistemas de
Fabricación
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2. Clasificación de los Sistemas de
Fabricación
Variedad del producto. Flexibilidad
El grado en que el sistema es capaz de hacer frente a las
variaciones en las piezas/ productos que produce.
Tres casos de sistemas de fabricación:
1. Single model- todos los componentes o productos son idénticos(automatización fija)
2. Batch model - las diferentes partes o productos son producidospor el sistema, pero se producen en lotes porque se requierencambios de setup y programación (hard product variety)
3. Mixed model - las diferentes partes o productos son producidospor el sistema, pero el sistema puede manejar las diferencias sinnecesidad de consumir tiempo en los cambios en laconfiguración. Diferentes productos se producen de formacontinua (soft product variety)
2. Clasificación de los Sistemas de
Fabricación
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Tres casos de variedad de productos en Sistemas de Fabricación
2. Clasificación de los Sistemas de
Fabricación
2. Clasificación de los Sistemas de
Fabricación
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2. Clasificación de los Sistemas de
Fabricación
3. Tecnología de Grupos y Fabricación Celular
(Group Tech. and Cellular Manufacturing)
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Tecnología de Grupos
Perspectiva general
La producción de piezas en cantidades medias suelehacerse en lotes.
Desventajas de la producción en lotes:
– Tiempos muertos para realizar cambios
– Costes altos por inventarios
La GT (Group Tech.) minimiza estas desventajas de laproducción en lotes al reconocer que, aunque las piezassean distintas, también existen similitudes entre ellas.
Se consigue eficiencia y productividad a la vez quepermite integrar el diseño y la fabricación
Tecnología de Grupos
Un método de fabricación en el que piezas similares seidentifican y agrupan para aprovechar sus similitudes en eldiseño y la producción
Las similitudes entre las piezas permiten clasificarlas enfamilias
Las etapas de procesamiento son similares en cadafamilias
La mejora se consigue típicamente mediante laorganización de las instalaciones de producción en
Células de Fabricación (CM) que se especializan en la
producción de ciertas familias de piezas
Definición
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Tecnología de Grupos
La GT explota las similitudes de las piezas utilizandoprocesos y herramientas similares para producirlas
La GT / Fabricación Celular puede implementarse contécnicas manuales o automatizadas
Cuando se utiliza la automatización, suele aplicarse eltérmino “sistema flexible de fabricación” (flexiblemanufacturing system, FMS)
Tecnología de Grupos
¿Cuándo usar la GT y la CM?
1. La planta utiliza una tradicional producción en lotes y
un layout por procesos
Esto implica gran esfuerzo en manejo de materiales,altos inventarios en proceso y largos plazos defabricación
2. Las partes se pueden agrupar en familias de piezas
Condición indispensable para aplicar la GT
Cada célula de máquinas está diseñada para producir una familia de piezas dada o una colección limitadade familias de piezas, por lo que debe ser posibleagrupar las partes fabricadas en la planta en familias
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Tecnología de Grupos
Beneficios de la GT
• Promueve la estandarización de herramientas,accesorios/utillajes y de las disposiciones(configuraciones) de trabajo
• Se reduce la manipulación de material– Ésta se produce dentro de la célula y no por toda la fábrica
• Se simplifican la programación de la producción y laplanificación de los procesos
• Se reducen los tiempos globales de fabricación(manufacturing lead times) y la cantidad de piezas(inventarios) en proceso
• Mayor satisfacción del trabajador en una célula GT• Mejora de la calidad
Tecnología de Grupos
Problemática en la implementación de la GT
1. Identificación de las familias de piezas
Revisar todas las piezas fabricadas en la planta y
agruparlas en familias de piezas es una tareadifícil y larga
2. Reorganización de las máquinas de producción
en células de fabricación GT adecuadas
Es mucho tiempo y es costoso para reorganizar físicamente las máquinas en células. Además lasmáquinas no están produciendo durante dichocambio
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Tecnología de Grupos
Familias de piezas
Una familia de piezas es un grupo de piezas que poseensimilitudes en la forma geométrica y el tamaño, o en lasetapas de procesamiento que se siguen para sufabricación
Las familias de piezas son un aspecto fundamental de la
Tecnología de Grupos (GT) Siempre hay diferencias entre las piezas de una familia
Sin embargo, el grado de semejanza entre ellas es talque permite agruparlas en la misma familia
Tecnología de Grupos
Familias de piezas
Dos piezas que tienen forma y tamaño idénticos pero características defabricación muy distintas:
(a) 1,000,000 uds/año, tolerancia = ±0.010 mm, acero 1015 CR
(b) 100 uds/año, tolerancia = ±0.001 mm, acero inoxidable 18-8
Familias de
piezas
“de diseño”
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Tecnología de Grupos
Familias de piezas
Diez piezas diferentes en tamaño y forma, pero muy similares en términosde fabricación.
Todas las piezas se mecanizan mediante torneado a partir de materiaprima suministrada en forma de barra cilíndrica; algunas piezasrequieren operaciones adicionales de taladrado y fresado
Familias depiezas
“de fabricación”
Tecnología de Grupos
Identificación de Familias de piezas
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Tecnología de Grupos
Del “Process Layout” al “Cellular Layout Based on GT”
Cada célula se especializa en
producir una o un número
limitado de familias de piezas
Menor manejo de materiales, menor tiempo de
fabricación (lead times), menores tiempos de
setup, menos inventario en proceso, etc
Tecnología de Grupos
Identificación de Familias de piezas
1. Inspección visual (basada en experiencia)
La experiencia permite clasificar las piezas en familias
apropiadas por medio de la inspección visual de laspropias piezas o de fotografías de éstas
2. Clasificación y codificación de piezas
Se identifican las similitudes y las diferencias entre laspiezas para relacionarlas mediante un sistema decodificación (numérico)
3. Análisis del flujo de producción
Se usa información contenida en las hojas de rutapara clasificar las piezas
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Tecnología de Grupos
Identificación de Familias de piezas
Ejemplo de hoja de ruta
Tecnología de Grupos
Clasificación y codificación de piezas
Es el más lento de los tres métodos
Debe ser personalizado para una determinada empresa
Razones para usar un esquema de codificación:
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Tecnología de Grupos
Clasificación y codificación de piezas
One of the first published classification and coding schemes for mechanical parts (1970)
Sistema de Clasificación Opitz
Tecnología de Grupos
Clasificación y codificación de piezas
Sistema de Clasificación Opitz
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Tecnología de Grupos
Beneficios de la clasificación y codificación
• Facilita la formación de familias de piezas• Permite una recuperación rápida de los dibujos de diseño de una
pieza• Reduce la duplicación en la etapa de diseño• Promueve la estandarización del diseño• Mejora la estimación y la cuantificación de costes• Facilita la programación de piezas por NC: permite que piezas
nuevas aprovechen los programas ya existentes de piezas de lamisma familia
• Permite la racionalización y la mejora en el diseño deherramientas y utillajes
• Hace posible la planificación de procesos asistida por ordenador(CAPP, computer-aided process planning)
Tecnología de Grupos
Concepto de “pieza compuesta”La pieza compuesta de una familia determinada es una
pieza hipotética que incluye todos los atributos de
diseño y fabricación de la familia.
En general, una pieza de una familia tendrá algunas delas características de la familia, pero no todas ellas
Una célula de producción diseñada para una familia
de piezas incluiría las máquinas necesarias para
fabricar la pieza compuesta
Esta célula podría fabricar cualquier pieza de la familiaomitiendo las operaciones correspondientes a lascaracterísticas que no posea dicha pieza
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Tecnología de Grupos
Concepto de “pieza compuesta”
Concepto de pieza compuesta:(a) pieza compuesta de una familia de piezas mecanizadas con
simetría de revolución,(b) características individuales de la pieza compuesta
Tecnología de Grupos
Concepto de “pieza compuesta”
Etiqueta Característica de diseño Operación correspondiente
1 Cilindro externo Cilindrado
2 Cara del cilindro Refrentado
3 Escalón cilíndrico (ext.) Cilindrado4 Buen acabado superficial Rectificado
5 Agujero axial Taladrado
6 Escalón cilíndrico (int.) Abocardado
7 Rosca interna Roscado
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Tecnología de Grupos
Análisis del flujo de producción
Método para la identificación de familias de piezas y lasagrupaciones de máquinas asociadas basada en las hojasde ruta en lugar de los datos de diseño de las piezas
Piezas con hojas de ruta idénticas o similares se clasificanen familias de piezas
Ventajas del uso de los datos de la hoja de ruta: Piezas con geometrías diferentes, sin embargo pueden
requerir un procesamiento igual o similar
Partes con casi la misma geometría pueden exigir procesados diferentes
Fabricación Celular (Cellular Manufacturing)
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Fabricación Celular
Definición y objetivos
Aplicación de la Tecnología de Grupos en la que distintasmáquinas o procesos se agrupan en células, cada una delas cuales está dedicada a la producción de una familia depiezas o un grupo limitado de familias
Objetivos típicos de fabricación celular:
Acortar los tiempos de fabricación (lead times)
Para reducir WIP (Work in-process inventory)
Para mejorar la calidad
Para simplificar la planificación de la producción
Para reducir los tiempos de preparación
Fabricación Celular
Diseño de células de fabricación
Las células de fabricación pueden clasificarse según elnúmero de máquinas y el grado de automatización:
1. Célula de máquina única: 1 maq. manejada manualmente2. Célula de máquinas múltiples: varias máquinas
manejadas manualmente y con manipulación de materialmanual o mecanizada
3. Célula flexible y/o Sistema flexible de fabricación:
varias máquinas automatizadas con manipulación de
material automatizada
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Fabricación Celular
Diseño de células de fabricación
Células para GT:(a) de máquina única (I M)(b) de máquinas múltiples con
manipulación de materialmanual (II M, III M)
(c) de máquinas múltiples con
manipulación de materialmecanizada (II M, III M)
(d,e) Células ó Sistemas
Flexibles de Fabricación
(II A, III A)
Fabricación Celular
Tipos de células de fabricación (GT)
U-shaped machine cell with
manual part handling
between machines
U-shape layout
In-line layout using
mechanized work handling
between machines
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Sistemas de Fabricación Flexible
Introducción
The flexible manufacturing system (FMS) was identified in the previous chapter as
one of the machine cell types used to implement group technology. It is the most
automated and technologically sophisticated of the GT cells. In our classification
scheme for manufacturing systems, an FMS typically possesses multiple
automated stations and is capable of variable routings among stations (type II A).
Its flexibility allows it to operate as a mixed model system (case X for part or
product variety). An FMS integrates into one highly automated manufacturing
system many of the concepts and technologies discussed in previous chapters,
including: flexible automation , CNC machines, Distributed computer control ,Automated material handling and storage and Group technology .
The concept for FMSs originated in Britain in the early 1960s. The first FMS
installations in the United States were made starting around 1967.These initial systems
performed machining operations on families of parts using NC machine tools.
Sistemas de Fabricación Flexible
¿Dónde aplicar FMS?
Plantas en las que actualmente:
Produce piezas en lotes ó
Usa células de fabricación de GT manuales y sedesea automatizarlas
Debe ser posible agrupar una porción de las piezas
fabricadas en familias de piezas, cuyas similitudes
permitan que sean procesadas en las estaciones
FMS
Las partes y productos hechos en la instalación estánen el rango de producción de volumen medio(5.000 a 75.000 pzas/año) y variedad media.
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Sistemas de Fabricación Flexible
Definición de un FMS
Célula de fabricación mediante GT altamente automatizada,
formada por un grupo de estaciones de procesado
(generalmente, máquinas herramienta de CNC) conectadas
entre sí por un sistema automatizado de manipulación y
almacenamiento de material, y controladas por un sistema
integrado de computadoras.
Un FMS se basa en los principios de GT: Ningún sistema de fabricación puede producir una
gama ilimitada de productos (imposible flexib. total)
Un FMS es capaz de producir una familia de piezas ouna gama limitada de familias de piezas
Sistemas de Fabricación Flexible
Definición de un FMS
The reason the FMS is called flexible is that it is capable of
processing a variety of different part styles simultaneously at the
various workstations, and the mix of part styles and quantities of
production can be adjusted in response to changing demandpatterns.
A more appropriate term for an FMS would be “flexible automated
manufacturing system”. The use of the word "automated" would
distinguish this type of production technology from other
manufacturing systems that are flexible but not automated, such as a
manned GT machine cell. On the other hand, the word "flexible“
would distinguish it from other manufacturing systems that are highly
automated but not flexible, such as a conventional transfer line.
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Sistemas de Fabricación Flexible
¿Qué características hace a un sistema flexible?
We identified three capabilities that a manufacturing system must
possess to be flexible:
(I) the ability to identify and distinguish among the different
part or product styles processed by the system
(II) quick changeover of operating instructions, and
(III) quick changeover of physical setup.
Flexibility is an attribute that applies to both manual and
automated systems. In manual systems, the human workers are
often the enablers of the system's flexibility.
Sistemas de Fabricación Flexible
Test de flexibilidad en un sistema de fabricación
automatizado
Para ser calificado como flexible, un sistema de fabricación
deberá cumplir los siguientes criterios ("sí" en cada pregunta):
1. ¿Es capaz de procesar diferentes tipos de piezas deforma combinada y no por lotes?
2. ¿Es capaz de adaptarse a cambios en el programa deproducción?
3. ¿Es capaz de responder de forma adecuada anteaverías y errores del equipo?
4. ¿Es capaz de adaptarse a la introducción de nuevosdiseños de piezas?
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Sistemas de Fabricación Flexible
Aplicación del test de flexibilidad
Célula de fabricación automatizada con dos máquinasherramienta y un robot. ¿Es una célula flexible?
Sistemas de Fabricación Flexible
Aplicación del test de flexibilidad1. Part variety test
Can it machine different part configurations in a mix rather than inbatches?
2. Schedule change test Can production schedule and part mix be changed?
3. Error recovery test
Can it operate if one machine breaks down?
Example: while repairs are being made on the broken
machine, can its work be temporarily reassigned to the othermachine?
4. New part test
As new part designs are developed, can NC part programs be
written off-line and then downloaded to the system for execution?
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Sistemas de Fabricación FlexibleTipos de layouts de FMS
La distribución básica (layout) del FMS la determina elsistema de manipulación del material
Hay cinco tipos básicos de layouts de FMS
1. En línea
2. En Bucle
3. En Escalera
4. A Campo Abierto
5. Célula Centrada en un Robot
Sistemas de Fabricación Flexible
Tipos de layouts de FMS
-Straight line flow, well-defined processing sequence similar for all work units
-Work flow is from left to right through the same workstations
-No secondary handling system
FMS In-Line Layout
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Sistemas de Fabricación FlexibleTipos de layouts de FMS
FMS In-Line Layout
- Linear transfer system with secondary parts handling system at each
workstation to facilitate flow in two directions
Sistemas de Fabricación Flexible
Tipos de layouts de FMS
FMS Loop Layout
-One direction flow, but variations in processing sequence possible for
different part types
-Secondary handling system at each workstation
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Sistemas de Fabricación FlexibleTipos de layouts de FMS
FMS Robot-Centered Cell
- Suited to the handling ofrotational parts and turning
operations
Sistemas de Fabricación Flexible
Aplicaciones de los FMS
Mecanizado – es la aplicación más común de latecnología FMS
Montaje Inspección
Transformación de chapa (punzonado, corte, plegado,y conformado)
Forja
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Sistemas de Fabricación Flexible Aplicaciones de los FMS
Rango de aplicación de las células y los sistemas flexibles de fabricaciónen relación con otros sistemas de producción
Variedad
frente a
Cantidad
Sistemas de Fabricación Flexible
Aplicaciones de los FMS
FMS for Sheet Metal Fabrication
FMS at Chance-Vought
Aircraft (courtesy of
Cincinnati Milacron)
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Sistemas de Fabricación FlexibleBeneficios de los FMS
Aumento de la utilización de la máquina
Razones:
24 horas de operación para justificar la inversión
Cambio automático de herramienta
Cambio automático de palets en las estaciones
Colas de partes en las estaciones para maximizar la
utilización Planificación dinámica de la producción para dar
cuenta de los cambios en la demanda
Menos máquinas requeridas
Reducción del espacio en planta requerido
Sistemas de Fabricación Flexible
Beneficios de los FMS
Mayor flexibilidad al cambio (facilidad cambios en partes)
Reducción de los requisitos de inventarios
Diferentes piezas se producen continuamente en lugar deen lotes
Reducción de los tiempos de fabricación
Reducción de la mano de obra
Mayor productividad
Oportunidad para la producción sin supervisión
Máquinas funcionan toda la noche (" lights out operation")
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Líneas de Producción y
Sistemas de Montaje
Ingeniería de los Procesos de Fabricación
Dpto. de Ingeniería Mecánica y FabricaciónEscuela Superior de Ingenieros
Universidad de Sevilla
Ingeniería de Fabricación
1. Fundamentos de las Líneas de Producción
2. Sistemas de Montaje Manual3. Líneas de Producción Automatizadas
Líneas Transfer
Sistemas de Montaje Automatizado
Ingeniería de Fabricación
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Variaciones de productos (variedad)
• Las líneas de producción se diseñan para hacerfrente a las variaciones en los diferentes modelosde los productos, siempre y cuando lasdiferencias entre ellos sean pequeñas.
• En general, se distinguen tres tipos de líneas:1. De modelo único – produce sólo un modelo, sin
variaciones
2. De modelo por lotes – produce varios modelospero en lotes (por separado)
3. De modelo mixto – produce varios modelos“mezclados” (a la vez) en la misma línea
Líneas de modelo mixto (ventajas)
• Ventajas sobre las líneas de modelo por lotes:– Se reducen los tiempos muertos asociados a los
cambios de modelos– Se evitan situaciones en las que hay inventarios
altos de algunos modelos y escasez de otros– Las velocidades de producción y las cantidades
de cada modelo pueden ajustarse a los cambiosen la demanda
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Transporte mecanizado de trabajo
• Sistemas de transferencia continua – máquinatransportadora que se mueve de forma continua yopera a velocidad constante– Son típicos en las líneas de ensamblaje manual
• Sistemas de transferencia sincrónica – las unidadesde trabajo se mueven de forma simultánea entre lasestaciones de trabajo con un movimiento rápido ydiscontinuo
– Son típicos en las líneas automatizadas• Sistemas de transferencia asincrónica – cada unidadde trabajo se mueve de forma independiente– Permite el uso “estratégico” de colas entre estaciones– Se utilizan tanto en líneas manuales como automatizadas
Tipos básicos de líneas de producción
• Líneas de ensamblaje manual– Trabajadores que llevan a cabo operaciones de
ensamblaje en las estaciones de trabajo
– Un problema importante es el “equilibrado” de lalínea (asignación de tareas de forma que todoslos trabajadores tengan igual carga de trabajo)
• Líneas de producción automatizadas– Estaciones de trabajo automatizadas– Un problema importante es la fiabilidad del
sistema
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Líneas de ensamblaje manual
Factors favoring the use of assembly lines:
High or medium demand for product
Identical or similar products
Total work content can be divided into work elements
It is technologically impossible or economicallyinfeasible to automate the assembly operations
Most consumer products are assembled on manualassembly lines
Líneas de ensamblaje manual
Specialization of labor
Learning curve Interchangeable parts
Components made to close tolerances
Work flow principle
Products are brought to the workers
Line pacing
Workers must complete their tasks within the cycle timeof the line
Why Assembly Lines are so Productive:
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Líneas de Producción Automatizadas
- Líneas Transfer
- Sistemas de Montaje Automatizado
Líneas de producción automatizadas
• Múltiples estaciones de trabajo automatizadasconectadas por un sistema de transferencia depiezas coordinado con las estaciones
• Idealmente, no hay personal humano en la línea,salvo para llevar a cabo funciones auxiliarescomo:– Cambio de herramientas– Carga y descarga de piezas– Operaciones de reparación y mantenimiento
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High production of parts requiring multiple processingoperations
Fixed automation
Applications:
Transfer lines used for machining
Robotic spot welding lines in automotive finalassembly
Sheet metal stamping
Electroplating of metals
Líneas de producción automatizadas
High product demand
Requires large production quantities
Stable product design Difficult to change the sequence and content of
processing operations once the line is built
Long product life
At least several years
Multiple operations required on product
The different operations are assigned to different workstations in the line
Where to Use Automated Production
Lines
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Operaciones en líneas
automatizadas
• Las operaciones que llevan a cabo estacionesautomatizadas suelen ser más simples que lasllevadas a cabo por personal humano en líneasmanuales– Las tareas más sencillas son más fáciles de automatizar
• Las tareas fáciles de automatizar consisten en:
– Operaciones individuales (un único paso)– Movimientos de accionamiento rápido– Movimientos de alimentación en línea recta,
como en el mecanizado
Tipos de líneas automatizadas:
Dos categorías básicas:
1. Líneas que llevan a cabo operacionesde procesamiento (el mecanizado es laoperación de procesamiento más común)– Un tipo importante de línea en esta
categoría es la línea “transfer”
2. Líneas que llevan a cabo operacionesde ensamblaje
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Two Machining Transfer Lines
Figura 41.4 Configuración de una “dial indexing machine”. Es una variante de lalínea “transfer”, en la cual las estaciones de trabajo se disponen alrededor deuna mesa de trabajo circular giratoria. La mesa gira parcialmente al final decada ciclo para mover las piezas a la siguiente estación en la secuencia
Dial Indexing Machine
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Adhesive bonding Snap fitting
Insertion of components Soldering
Placement of components Spot welding
Riveting Stapling
Screw fastening Stitching
Assembly Processes in Automated Assembly
Sistemas de ensamblajeautomatizado
• Una o más estaciones de trabajo que ejecutanoperaciones de ensamblaje (automatizado), talescomo añadir componentes y fijarlos a la unidad de
trabajo• Dos categorías básicas:1. Células (celdas) de estación única
• Se organizan con frecuencia alrededor de un robotindustrial
2. Sistemas de estaciones múltiples• Producción en serie de productos pequeños como
bolígrafos, mecheros, lámparas y artículos similarescon una cantidad reducida de componentes
Sistemas de ensamblajeautomatizado
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CDS Manufacturing designed and built this indexing dial machine. Thissystem automatically assembles lenses to camera faces using heat stakingequipment.
Dial Indexing MachineDial indexing assemblymachine (Bodine Corp.)
Líneas de Producción Automatizadas
- Sistemas de Montaje Automatizado
(Ejemplos)
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Sistemas de remachado para unión de
estructuras aeronáuticas
Máquinas de Remachado Automático
Máquinas de Remachado Automático
Sistemas de remachado para unión de
estructuras aeronáuticas
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Máquinas de Remachado Automático
Sistemas de remachado para unión de
estructuras aeronáuticas
Máquinas de Remachado Automático
Sistemas de remachado para unión de
estructuras aeronáuticas
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Máquinas de Remachado Automático
Sistemas de remachado para unión de
estructuras aeronáuticas