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UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLASESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)
GRADO EN INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA IEM.ESPECIALIDAD MECÁNICA
PROYECTO FIN DE CARRERA
PROYECO TÉCNICO ECONÓMICOINDUSTRIALIZACIÓN DE UN BLOQUE MOTOR
DIESEL: PROCESO DE MECANIZADO
AUTOR: Alejandro Alonso Matasán
DIRECTOR: Isidro Altuna Blanco
MADRID, Agosto de 2014
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) GRADO INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
PROYECTO DE FIN DE GRADO
RESUMEN DEL PROYECTO Alejandro Alonso Matasán
AGOSTO DE 2014
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS
ICAI
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) GRADO INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
PROYECTO DE FIN DE GRADO
INDUSTRIALIZACIÓN DE UN BLOQUE MOTOR
DIESEL. PROCESO DE MECANIZADO
Autor: Alejandro Alonso Matasán
Director: Isidro Altuna Blanco
Entidad Colaboradora: ICAI
RESUMEN DEL PROYECTO
Este proyecto se enfoca al área de la ingeniería de producción. A pesar de incluir una
fase de diseño el objetivo principal es conocer cómo funciona una línea de producción
continua y lograr coordinar todos los procesos, recursos y métodos necesarios para poner
una línea de mecanizado en marcha partiendo desde cero.
El objeto de partida es un producto semi-acabado, un bloque de motor de fundición de
aluminio. El bloque sale de la fundición con el diseño deseado por la ingeniería del cliente
o del grupo del constructor si es que se pertenece a un gran fabricante como fábrica
satélite. La planta que se desarrolla contempla ambas posibilidades.
Las características geométricas del bloque que proviene de la fundición están lejos de ser
las requeridas por una cadena de montaje posterior. Por lo tanto será necesario un proceso
dentro de nuestra línea de mecanizado que le otorgue las tolerancias dimensionales y los
acabados correctos, así como las geometrías que la fundición de aluminio por gravedad
no es capaz de lograr.
El proyecto se estructura en cuatro partes diferenciadas: la memoria, los planos del bloque
y de la planta, el estudio de condiciones técnico económicas y el presupuesto general del
proyecto.
En la memoria se recogen los estudios propios de la técnica y del sector, las
especificaciones de diseño del bloque, las especificaciones del proceso de
industrialización, los cálculos del equilibrado de línea, el estudio de viabilidad y
rentabilidad económica y el impacto medioambiental de todo el proceso.
Partiendo de un estudio de mercado se propone el diseño de un bloque motor Diésel. Se
realiza su diseño en 3D partiendo de una serie de parámetros que se describen más abajo.
Este diseño es fundamental para conocer los requisitos geométricos y, por tanto, las
operaciones de mecanizado que se tendrán que llevar a cabo.
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PROYECTO DE FIN DE GRADO
Este tipo de bloque motor por sus características se empleará en vehículos comerciales
ligeros, transportes 4x4, o incluso maquinaria agrícola. Sus prestaciones siempre darán
prioridad a un alto par a unas bajas rpm.
La línea de mecanizado tendrá una distribución del tipo S (con alguna característica
particular como se podrá observar con más detalle en el proyecto). Se ha realizado una
distribución conjunta de todos los componentes de la planta y de la propia línea para
facilitar y aportar gran eficiencia a todo el proceso.
Se han establecido 34 fases de operaciones entre las que se incluyen principalmente
fresados de todas las caras, taladros de los agujeros y railes de engrase, mandrinado y
bruñido de cilindros y camisas, brochado de línea del cigüeñal y bruñido del conjunto del
motor y tapas de bancada. Hay otros procesos involucrados en la línea como el lavado
intermedio y final del conjunto bloque, camisas y culatas. También se realizan
comprobaciones de calidad como por ejemplo un control de fugas o una inspección visual
exhaustiva.
El alcance de este proyecto escapa a definir y detallas las operaciones de cada fase, por
lo que se propone un ejemplo de hoja de operaciones pero el resto se centra en tiempos y
ciclos de fase para el equilibrado de la línea.
Con el objetivo de producir 150.000 unidades (6% de la producción anual de vehículos
ligeros) se estiman las horas de producción, días productivos y turnos necesarios. Con
estos datos podemos establecer el ciclo de línea.
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PROYECTO DE FIN DE GRADO
Este ciclo de línea indica el tiempo que transcurre entre la salida de un bloque de la línea
de mecanizado y su siguiente. Con este dato equilibramos la línea asignando las máquinas
necesarias a cada fase, y los recursos humanos necesarios, es decir, el número de operarios
de modo que obtengamos una saturación lo más cercana posible al 100%. Todos estos
datos se recogen en el apartado de Cálculos.
Toda la gestión de la línea irá acompañada de la filosofía de Lean Manufacturing.
Trataremos de llegar a una perfecta sincronía de los factores: cero defectos, minimización
de desperdicios y mejora continua.
Una vez definidas las líneas, se realiza un estudio para poder implantar las diferentes
normas de calidad, medioambiente y prevención de riesgos laborales. Estas normas serán
respectivamente la ISO 9001, la ISO 14001 y la OHSAS 18001, y con ellas la empresa u
organización destacará con respecto a sus competidos en el mercado, asegurando calidad
y seguridad a los clientes y a la sociedad en general.
En paralelo a la definición de la línea y a la distribución de la planta se ha buscado un
emplazamiento idóneo, un polígono industrial en Vitoria-Gasteiz. Esta localización
parece adecuada por la proximidad de potenciales clientes (Grupos como Mercedes, VW;
GM) y la cercanía de los grandes hornos de fundición vascos que ofrecerán un listado de
proveedores entre los que podremos seleccionar el que mejor materia prima (bloque
conformado por fundición) nos ofrezca en relación calidad-precio.
Con todo ello no se deja de lado la parte económica. Se ha realizado una estimación
presupuestaria lo más ajustada posible con el fin de obtener un estudio económico que
refleje con fidelidad el valor que logrará generar nuestro proyecto en el transcurso de unos
años.
Días efectivos de producción 252 Días
Turnos por día de Producción 3 Turnos
Horas Efectivas turno 7,5 Horas
Horas Efectivas diarias 22,5 Horas
Horas Efectivas totales 5670 Horas
Producción/Hora 26 Uds
Producción/Turno 198 Uds
Producción/Día 595 Uds
Producción/Año 150.000 Uds
Ciclo de la línea 0,0378 Horas
378 dmHora
2,268 Minutos
Cifras de Producción
Plan de producción
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PROYECTO DE FIN DE GRADO
El precio unitario imputando los costes de la planta asciende a 193.20 €. Se considera un
buen precio de salida en el mercado estableciéndose en torno a la media. Diversos factores
influirán en el margen de ganancia que tengamos con la venta de los bloques. Acuerdos
con proveedores, mejora de la eficiencia y aumentos de producción pueden afectar
pasados unos años al precio de venta.
La rentabilidad del proyecto se analiza mediante los procedimientos clásicos a través de
indicadores como VAN, TIR y Payback. Se verá en el estudio económico que según las
estimaciones presupuestarias y las expectativas de ingresos, el proyecto generará valor al
cabo de unos años y por lo tanto resultará rentable.
Inversión Inicial 18.301.990,00 €
Coste de Ingeniería del proyecto 400.000,00 €
Obra Civil 2.445.000,00 €
Terreno 1.155.000,00 €
Coste de Maquinaria y Accesorios 14.301.990,00 €
Costes Fijos 1.867.356,40 €
Suministros 200.000,00 €
Mantenimiento 1.099.548,40 €
Mano de Obra Indirecta 441.000,00 €
Tributos 126.808,00 €
Costes Variables 17.007.387,11 €
Materia Prima/Producto Semiacabado 12.552.571,90 €
Energía 1.240.369,20 €
Mano de Obra Directa (+ Horas extra estimadas) 1.605.501,82 €
Herramienta y Fluido 1.608.944,19 €
Total Inversión 37.176.733,51 €
Unidades 150.000
Concepto Descripcion Desglose Coste
Mano de obra directa € 1.605.501,82
Material € 12.552.571,90
Puesto de trabajo € 3.840.526,31
Total € 17.998.600,02
Mano de obra indirecta € 441.000,00
Cargas Sociales € 716.275,64
Gastos Generales € 802.750,91
Costo de fabrica € 19.958.626,57
Beneficio Industrial 20% € 3.991.725,31
Lote € 23.950.351,88
Unitario € 159,67
21% I.V.A. € 193,20
PRESUPUESTO INDUSTRIAL para Bloques Motor Diesel
Coste de fabricacion Cf
Precio de venta:
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Finalmente, y no por ello menos importante, se explicará la aplicación un plan de
protección medio ambiental con los requisitos establecidos de los SGMA fijando unos
objetivos de y metas medio ambientales que se recogen en la norma ISO 14001 que
mediante su cumplimiento se obtendrá dicha homologación. En este apartado se diseñara
un plan de tratamiento de residuos líquidos en este caso un plan de tratamiento de
taladrina y aceites lubricantes.
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FINAL DEGREE PROJECT
INDUSTRIALIZATION PROCESS OF A DIESEL
ENGINE BLOCK. MACHINING PROCESS. Author: Alejandro Alonso Matasán
Director: Isidro Altuna Blanco
Collaborating Organization: ICAI
PROJECT SUMMARY
This project focuses on the area of production engineering. Despite including a design
phase the main objective is to know how a continuous production line works and achieve
coordination of all processes, resources and methods needed to set a machining line up
from scratch.
The starting object is a semi-finished product, an engine block aluminum cast. The block
leaves the foundry with desired design by the client engineering or manufacturer (if our
factory belongs to a large manufacturer as satellite plant). The plant that will be developed
contemplates both possibilities.
The geometric characteristics of the block coming from casting are far from those
required by a subsequent assembly line. Therefore a process of machining will be required
within our line. It will give the correct dimensional tolerances, finishes and geometries
that gravity cast aluminum is not able to achieve.
The project is divided into four distinct parts: the specification, the layouts of the block
and the plant, the studio of technician & economic conditions and the overall project
budget.
The specification gathers the technical studies and sector feedback, block design
specifications, industrialization process specifications, calculations of the balanced line,
the feasibility study and cost-effectiveness, and environmental impact of the whole
process.
Based on a market study a design a diesel engine block is proposed. The 3D design is
made based upon a set of parameters described below. This design is essential to meet the
geometrical requirements and, therefore, the machining operations which must be carried
out.
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FINAL DEGREE PROJECT
This type of motor block characteristics will be used in light commercial vehicles, 4x4
transport, or even AVT. Its performance will always give priority to a high torque at low
rpm.
The machining line have an S distribution (with a particular characteristic as may be
observed in more detail in the layouts). There has been a joint distribution of all partitions
of the plant and of the line to facilitate and provide high efficiency in the process.
Up to 34 phases of machining operations have been established including milling, drill
holes and rail lubrication, boring and honing cylinders and shirts, broaching and honing
of the crankshaft of the engine assembly, and caps included bench. There are other
processes involved in the line as the intermediate and final wash the whole block, cylinder
heads and shirts. Quality checks are also performed such as a leakages control or a
thorough visual inspection.
The scope of this project escapes define and detail the operations of each phase, so an
example of sheet operations is proposed but the rest focuses on cycle time and phase for
balancing line.
With the goal of producing 150,000 units (6% of the annual production of light vehicles)
we will estimate production hours, days and shifts necessary for the production. With
these data we can establish the line cycle.
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FINAL DEGREE PROJECT
This line cycle indicates the time passed from the machining line output of a block and
the next. With this data we balance the line assigning the necessary machines to each
phase, and human resources, that is, the number of workers so that we get as close as
possible to 100% human saturation. All these data are collected in the Calculations
section.
All line management shall be accompanied by the Lean Manufacturing philosophy. We
will attempt to achieve a perfect synchrony factor: zero defects, waste minimization and
continuous improvement.
Once lines are defined, we launch study process to implement different standards of
quality, environment and occupational risk prevention. These rules are respectively the
ISO 9001, ISO 14001 and OHSAS 18001, and with them the company or organization
stand out with respect to their competitor in the market, ensuring quality and safety to
customers and society in general.
In parallel to the line definition and distribution of the plant has sought a suitable location,
an industrial estate in Vitoria-Gasteiz. This location seems appropriate for the proximity
of potential clients (groups as Mercedes, VW, GM) and the proximity of large casting
furnaces of Basque Country provides a list of suppliers from which we can select the best
raw material (made by casting block ) in Quality/price ratio.
Nevertheless this does not neglect the economic part. It has been done a budget estimate
as closely as possible in order to obtain an economic study that faithfully reflects the value
that our project we will achieve to generate in the course of a few years.
Días efectivos de producción 252 Días
Turnos por día de Producción 3 Turnos
Horas Efectivas turno 7,5 Horas
Horas Efectivas diarias 22,5 Horas
Horas Efectivas totales 5670 Horas
Producción/Hora 26 Uds
Producción/Turno 198 Uds
Producción/Día 595 Uds
Producción/Año 150.000 Uds
Ciclo de la línea 0,0378 Horas
378 dmHora
2,268 Minutos
Cifras de Producción
Plan de producción
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FINAL DEGREE PROJECT
The unit price imputing the costs of the plant amounts to € 193.20. It is considered a good
starting price on the market settling around the average. Several factors influence the
profit margin we have with the sale of the blocks in future years. Agreements with
suppliers, improve efficiency, and price and inflation increased production can affect the
selling price after a few years.
The profitability of the project is analyzed by the conventional processes using indicators
such as NPV, IRR and Payback. It will look at the economic study according to budget
estimates and revenue expectations, the project will create value in a few years and
therefore be profitable.
Inversión Inicial 18.301.990,00 €
Coste de Ingeniería del proyecto 400.000,00 €
Obra Civil 2.445.000,00 €
Terreno 1.155.000,00 €
Coste de Maquinaria y Accesorios 14.301.990,00 €
Costes Fijos 1.867.356,40 €
Suministros 200.000,00 €
Mantenimiento 1.099.548,40 €
Mano de Obra Indirecta 441.000,00 €
Tributos 126.808,00 €
Costes Variables 17.007.387,11 €
Materia Prima/Producto Semiacabado 12.552.571,90 €
Energía 1.240.369,20 €
Mano de Obra Directa (+ Horas extra estimadas) 1.605.501,82 €
Herramienta y Fluido 1.608.944,19 €
Total Inversión 37.176.733,51 €
Unidades 150.000
Concepto Descripcion Desglose Coste
Mano de obra directa € 1.605.501,82
Material € 12.552.571,90
Puesto de trabajo € 3.840.526,31
Total € 17.998.600,02
Mano de obra indirecta € 441.000,00
Cargas Sociales € 716.275,64
Gastos Generales € 802.750,91
Costo de fabrica € 19.958.626,57
Beneficio Industrial 20% € 3.991.725,31
Lote € 23.950.351,88
Unitario € 159,67
21% I.V.A. € 193,20
PRESUPUESTO INDUSTRIAL para Bloques Motor Diesel
Coste de fabricacion Cf
Precio de venta:
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FINAL DEGREE PROJECT
Finally, and not least, the application will be explained a plan of environmental protection
with the requirements of the EMS setting of objectives and environmental goals set out
in the ISO 14001 standard compliance by such approval will be obtained. In this section
a treatment plan liquid waste in this case a coolant treatment plan will be designed and
lubricating oils.
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