Sistemas de Fabricación y Montaje 15-16

8/15/2019 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



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Introducción a los Sistemas

de Producción e

Instalaciones de

Fabricación


Dpto. de Ingeniería Mecánica y FabricaciónEscuela Superior de Ingenieros



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



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Sistema de Producción:Colección de personas, equipos y procedimientosorganizados para llevar a cabo las operaciones defabricación de una empresa.


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..



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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)


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.


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


-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


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.



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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


Instalaciones y layout para Baja Producción:

Layout de posición fija


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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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”


Instalaciones y layout para Media Producción:

Se repiten

frecuentemente las

órdenes de fabricación

de cada producto


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Layout Celular


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)


Instalaciones y layout para Alta Producción (o Producción en Masa):


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Layout por

producto


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



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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.


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


producción


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Tres tipos básicos de Sistemas de Fabricación Automatizados:

1. Automatización Fija

2. Automatización Programable

3. Automatización Flexible


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


producción


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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,


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)


producción


producción

manual


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Sistemas 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)



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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


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)


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.


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


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.


Fabricación


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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


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


Fabricación


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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)


Fabricación


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Tres casos de variedad de productos en Sistemas de Fabricación


Fabricación


Fabricación


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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


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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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)


¿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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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


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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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


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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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”


Identificación de Familias de piezas


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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



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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Ejemplo de hoja de ruta


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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One of the first published classification and coding schemes for mechanical parts (1970)

Sistema de Clasificación Opitz



Sistema de Clasificación Opitz


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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)


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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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


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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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


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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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)


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.


¿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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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


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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¿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.


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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Aplicación del test de flexibilidad

Célula de fabricación automatizada con dos máquinasherramienta y un robot. ¿Es una célula 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


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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FMS In-Line Layout

- Linear transfer system with secondary parts handling system at each

workstation to facilitate flow in two directions


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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FMS Robot-Centered Cell

- Suited to the handling ofrotational parts and turning

operations


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


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


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





1. Fundamentos de las Líneas de Producción

2. Sistemas de Montaje Manual3. Líneas de Producción Automatizadas

Líneas Transfer

Sistemas de Montaje Automatizado



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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





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Sistemas de Fabricación y Montaje 15-16

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