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DISEÑOS DE SISTEMAS DE MANOfACTURA

La hisdtora se puede dividir en dos partes
1. 1° el descubrimiento y la invención por parte del hombre de los materiales y procesos
  1. Los materiales y procesos para hacer objetos preceden a los sistemas en varios milenios
2. 2° El desarrollo de los sistemas de producción
  1. La fabricación temprana de implementos y armas se llevó a cabo más mediante destrezas y oficios, que mediante la manufactura en el sentido actual.
Sistemas de manufactura
1. se refiere a las formas de organizar a las personas y a los equipos de modo que la producción se lleve a cabo con más eficiencia.
Un descubrimiento significativo fue el principio de ladivisión del trabajo,
1. es decir, dividir el trabajo total en tareas, y hacer que los trabajadores individuales se convirtieran en especialistas en hacer solo una.
Definición de manufactura
1. la manufactura se puede definir de dos maneras
  1. una tecnológica y la otra económica
    1. En el sentido tecnológico, la manufactura es la aplicación de procesos físicos y químicos para alterar la geometría, propiedades o apariencia de un material de inicio dado para fabricar piezas o productos;
    2. En el sentido económico, la manufactura es la transformación de los materiales en artículos de valor mayor por medio de uno o más operaciones de procesamiento o ensamblado,
Las industrias manufactureras y sus productos
1. Industrias manufactureras
  1. consiste en empresas y organizaciones que producen o suministran bienes y servicios.
  2. se clasifican como primarias, secundarias o terciarias.
    1. Las industrias primarias cultivan y explotan recursos naturales,
    2. Las industrias secundarias toman las salidas de las primarias y las convierten en bienes de consumo y capital.
    3. industrias terciarias constituyen el sector de servicios de la economía.
Cantidad de producción y variedad de productos
1. La cantidad de productos elaborados por una fábrica tiene una influencia importante en la manera en que están organizados su personal, sus instalaciones y sus procedimientos.
  1. se clasifican en tres categorías:
    1. producción baja, en el rango de 1 a 100 unidades por año;
    2. producción media, de 100 a 10 000 unidades anuales;
    3. producción alta, de 10 000 a varios millones de unidades.
Capacidad de manufactura
1. Una planta de manufactura consiste en un conjunto de procesos y sistemas diseñados para transformar cierto rango limitado de materiales en productos de valor incrementado.
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN
1. Los sistemas de producción consisten en personas, equipos y procedimientos diseñados para combinar materiales y procesos que constituyen las operaciones de manufactura de la compañía.
  1. Los sistemas de producción se dividen en dos categorías: 1) instalaciones de producción, y 2) sistemas de apoyo a la manufactura.
    1. Instalaciones de producción
      1. Las instalaciones de producción consisten en el equipo de producción y el de manejo de materiales.
      2. incluyen la manera en que el equipo se acomoda dentro de la fábrica —la distribución de la planta (layout)—. Por lo general, el equipo se organiza en agrupamientos lógicos, llamados sistemas de manufactura, tales como una línea de producción automatizada, o una celda de manufactura que consiste en un robot industrial y dos o más máquinas herramienta.
      3. Producción de bajas cantidades
        En el rango de cantidad baja (1 a 100 unidades por año), es frecuente utilizar el término taller de trabajo para describir el tipo de instalación productiva.
      4. distribución de posiciones fijas,
        Un taller de trabajo debe diseñarse para tener flexibilidad máxima a fin de poder enfrentar las variaciones amplias que se encuentren en el producto
      5. distribución por procesos.
        Con frecuencia, los componentes individuales de esos productos grandes se elaboran en fábricas en las que el equipo está situado de acuerdo con su función o tipo.
      6. Producción de cantidad media
        En el rango de cantidad media (100 a 10 000 unidades por año), se distinguen dos tipos diferentes de instalaciones, en función de la variedad de productos.
        producción por lotes,
        se fabrica un lote de un producto, después de lo cual el sistema de manufactura se cambia para producir un lote de otro producto, y así sucesivamente. La tasa de producción del equipo es mayor que la de demanda para cualquier tipo de producto, por lo que el mismo equipo puede compartirse para productos múltiples.
        Es posible un enfoque alternativo para la producción de rango medio si la variedad del producto es suave. En ese caso, podrían no ser necesarios los cambios grandes entre un estilo de producto y el siguiente.
        manufactura celular
        se asocia con frecuencia a este tipo de producción. Cada celda está diseñada para producir una variedad limitada de configuraciones de piezas; es decir, la celda se especializa en la producción de un conjunto dado de partes similares, de acuerdo con los principios de la tecnología de grupo (véase la sección 40.1). La distribución recibe el nombre de distribución celular (también es común el término distribución por tecnología de grupo),
      7. Producción alta
        El rango alto de cantidad (10 000 a millones de unidades por año) se conoce como producción masiva. La situación se caracteriza por una tasa de demanda elevada para el producto,
        Se observan dos categorías de producción en masa: la producción por cantidad y la producción por línea de flujo.
        La producción por cantidad involucra la producción en masa de partes únicas sobre piezas únicas de equipo.
        incluye piezas múltiples de equipo o estaciones de trabajo situadas en secuencia, y las unidades de trabajo se mueven físicamente a través de ella a fin de que el producto se complete. Las estaciones de trabajo y el equipo están diseñados específicamente para que el producto maximice la eficiencia. La distribución se denomina por producto, y las estaciones de trabajo se acomodan en una línea larga,
        El ejemplo más familiar de producción en línea de flujo es la línea de ensamblado, que se asocia con productos como automóviles y aparatos domésticos.
Sistemas de apoyo a la manufactura
1. Para operar las instalaciones de manera eficiente, una compañía debe organizarse para diseñar los procesos y equipos, planear y controlar las órdenes de producción, y satisfacer los requerimientos de la calidad del producto.
2. Es frecuente que las funciones de apoyo a la manufactura se ejecuten en la empresa por personal organizado en departamentos como:
  1. Ingeniería de manufactura. El departamento de ingeniería de manufactura es responsable de planear los procesos de manufactura, decidir cuáles procesos deben utilizarse para fabricar las piezas y ensamblar los productos.
  2. Planeación y control de la producción. Este departamento es responsable de resolver los problemas de logística de la manufactura: ordenar materiales y comprar piezas, programar la producción y asegurarse de que los departamentos de operación tengan la capacidad necesaria para cumplir los programas de producción.
  3. Control de calidad. En el ambiente competitivo de hoy, producir artículos de alta calidad debe ser la prioridad máxima de cualquier empresa de manufactura. Eso significa diseñar y construir productos que cumplan las especificaciones y llenen o superen las expectativas de los consumidores.
Control numérico y robotica industrial
1. Control numérico
  1. El control numérico (CN) es una forma de automatización programable en la cual un programa que contiene datos alfanuméricos codificados controla las acciones de una parte del equipo.
  2. Los datos representan posiciones relativas entre una cabeza de trabajo y una pieza de trabajo.
  3. Tecnología del control numérico
    1. En esta sección se definirán los componentes de un sistema de control numérico y después se describirá el sistema de eje de coordenadas y los controles de movimiento.
    2. Un sistema de control numérico tiene tres componentes básicos: 1) un programa de piezas, 2) una unidad de control de máquina y 3) el equipo de procesamiento.
      1. El programa de piezas es el conjunto detallado de comandos que va a seguir el equipo de procesamiento. Cada comando especifica una posición o movimiento que realizará la cabeza de trabajo en relación con el objeto procesado.
      2. unidad de control de máquina es una microcomputadora que almacena el programa y lo ejecuta, convirtiendo cada comando en acciones mediante el equipo de procesamiento, un comando a la vez. La MCU está constituida por el hardware y el software.
      3. El equipo de procesamiento realiza una secuencia de pasos para transformar la pieza de trabajo inicial en una pieza terminada, y funciona bajo el control de la unidad de control de máquina de acuerdo con el conjunto de instrucciones que contiene el programa de piezas.
    3. Los sistemas de control de movimiento basados en el CN se dividen en dos tipos: 1) de punto a punto y 2) de trayectoria continua.
      1. Los sistemas de punto a punto, también llamados sistemas de posicionamiento, mueven la cabeza de trabajo (o la pieza de trabajo) a una posición programada, sin considerar la trayectoria que recorren para llegar a tal lugar.
      2. Los sistemas de trayectoria continua proporcionan un dominio continuo y simultáneo de más de un eje, por lo que controlan la trayectoria que sigue la herramienta en relación con la pieza.
  4. Análisis de los sistemas de posicionamiento para el CN
    1. La función del sistema de posicionamiento es convertir las coordenadas que se especifican en el programa de piezas del CN en posiciones relativas entre la herramienta y la pieza de trabajo durante el procesamiento.
    2. El sistema consiste en una mesa de trabajo, en la cual la pieza de trabajo está fija.
    3. Para conseguir este propósito la mesa de trabajo se mueve en forma lineal mediante un tornillo guía rotatorio, el cual se controla por medio de un motor (por ejemplo, un motor de engranes o servomotor).
    4. En los sistemas de CN se utilizan dos tipos básicos de control de movimientos: a) de ciclo abierto y b) de ciclo cerrado,
      1. un sistema de ciclo abierto funciona sin verificar la posición adecuada para la mesa de trabajo.
      2. Un sistema de control de ciclo cerrado usa una medición retroalimentada para verificar que la posición de la mesa de trabajo sea en verdad la que está especificada en el programa.
  5. Precisión en el posicionamiento
    1. Tres medidas de precisión críticas en el posicionamiento son: la resolución de control, la exactitud y la capacidad de repetición (repetibilidad). Estos términos se explican con mayor facilidad considerando un eje único del sistema de posición.
    2. La resolución de control se define como la distancia que separa dos puntos de control adyacentes en el movimiento del eje.
    3. La exactitud, de cualquier eje en un sistema de posicionamiento es el máximo error posible que puede ocurrir entre el punto objetivo deseado y la posición real que toma el sistema; expresado en forma de ecuación: Exactitud 0.5CR + 3s
    4. La repetibilidad se refiere a la capacidad que posee un sistema de posicionamiento para regresar a un punto de control determinado que se ha programado antes. Esta capacidad se mide en términos de los errores de posición encontrados cuando el sistema intenta colocarse en un punto de control.
  6. Programación de piezas por CN
    1. En las aplicaciones de las máquinas herramienta, la tarea de programar el sistema se denomina programación de piezas por control numérico, debido a que el programa se prepara para una pieza determinada.
    2. Programación manual de piezas Para los trabajos de maquinado sencillos punto por punto, tales como operaciones de taladrado, con frecuencia la programación manual es el método más fácil y económico. La programación manual de piezas usa datos numéricos básicos y códigos alfanuméricos especiales para definir los pasos en el proceso.
    3. Programación de piezas asistida por computadora La programación de piezas asistida por computadora implica el uso de un lenguaje de programación de alto nivel. Está diseñado para la programación de trabajos más complejos que la programación manual. El primer lenguaje de programación de piezas fue la de herramientas programadas automáticamente (APT, por sus siglas en inglés),
  7. Aplicaciones del control numérico
    1. El maquinado es un área importante de aplicación para el control numérico, pero el principio de operación del CN también se aplica a otras actividades. En muchos procesos industriales, debe controlarse la posición de una cabeza de trabajo de acuerdo con la pieza o producto en los que se trabaja.
    2. 1) aplicaciones de máquinas herramienta y 2) aplicaciones que no son de máquinas herramienta.
Robotica Industrial
1. Un robot industrial es una máquina programable de propósito general que posee ciertas características antropomórficas; más evidente es un brazo mecánico o manipulador. La unidad de control para un robot industrial moderno es una computadora que se programa para ejecutar subrutinas bastante sofisticadas, lo cual proporciona al robot una inteligencia que en ocasiones parece casi humana.
2. Anatomía de un robot
  1. Un robot industrial consta de un manipulador mecánico y un controlador para moverlo y realizar otras funciones relacionadas. El manipulador mecánico posee uniones que colocan y orientan el extremo del manipulador respecto a su base.
  2. Articulaciones y uniones para manipulación
    1. Una articulación en un robot es similar a la del cuerpo humano. Proporciona un movimiento relativo entre dos partes del cuerpo. A cada articulación se conecta una unión de entrada y una de salida.
    2. Los robots industriales típicos tienen cinco o seis articulaciones, y el movimiento coordinado le proporciona al robot la capacidad de mover, colocar y orientar objetos y herramientas para efectuar un trabajo útil.
  3. Sistemas de control y programación de robots
    1. La mayoría de las unidades de control de robots actuales se basan en un sistema de microcomputadora. Los sistemas de control en la robótica se clasifican del siguiente modo:
      1. Control limitado de secuencia. Este sistema de control está diseñado para ciclos de movimiento simples, como “tomar y colocar”. No requiere un microprocesador, y en general se lleva a cabo mediante interruptores de límite y detenciones mecánicas, junto con un secuenciador para coordinar el funcionamiento sincronizado de las articulaciones.
      2. Reproducción con control punto a punto (PTP, por sus siglas en inglés). Igual que en el control numérico, los sistemas de movimiento de robot se dividen: de punto a punto y trayectoria continua. El programa para un robot de reproducción punto a punto consiste en una serie de posiciones de puntos y la secuencia en la que éstos deben visitarse durante el ciclo de trabajo.
      3. La reproducción con control de trayectoria continua (CP, por sus siglas en inglés). El control de trayectoria continua es similar al de punto a punto, excepto que en la memoria se almacenan trayectorias de movimiento en lugar de puntos individuales. En ciertos tipos de movimientos de trayectoria continua regulares, como una trayectoria en línea recta entre dos posiciones de puntos, la unidad controladora calcula la trayectoria que requiere el manipulador para cada movimiento.
      4. Control inteligente. Los robots industriales modernos exhiben características que a menudo los hacen parecer inteligentes. Estas características incluyen la capacidad de responder a sensores sofisticados, tales como una máquina de visión, tomar decisiones cuando hay errores durante el ciclo de trabajo,
3. Aplicaciones de robots industriales
  1. sustitución de un trabajador humano por un robot, en ciertas condiciones de trabajo, son las siguientes: 1) el ambiente de trabajo es peligroso para las personas, 2) el ciclo de trabajo es repetitivo, 3) el trabajo se realiza en una posición estacionaria, 4) el manejo de la pieza o la herramienta sería difícil para los humanos, 5) es una operación de cambios múltiples, 6) hay largas líneas de producción y los relevos no son frecuentes y 7) la colocación y orientación de las piezas
Tecnología de grupos
1. La tecnología de grupos es un enfoque para la producción de piezas en cantidades medias. Las piezas (y los productos) en este rango de cantidad por lo general se hacen en lotes, y la producción en lotes requiere tiempo de detención para realizar cambios y tiene costos altos por mantener inventarios.
2. Clasificación y codificación de piezas
  1. Una familia de piezas es un grupo de piezas que poseen similitudes en la forma geométrica y el tamaño, o en los pasos de procesamiento que se usan en su manufactura. Siempre hay diferencias entre las piezas de una familia, pero las similitudes son lo suficientemente
  2. La clasificación y codificación de piezas implica la identificación de similitudes y diferencias entre las piezas para relacionarlas mediante un esquema de codificación común.
3. Manufactura celular
  1. Para explotar por completo las similitudes entre las piezas de una familia, la producción debe organizarse usando celdas de maquinado diseñadas para especializarse en fabricar piezas particulares.
  2. Diseño de celdas de maquinado
    1. Las celdas de maquinado se clasifican de acuerdo con la cantidad de máquinas y nivel de automatización. Las posibilidades son: a) máquina única, b) varias máquinas con manejo manual, c) varias máquinas con manejo mecanizado, d) celda flexible de manufactura y e) sistema flexible de manufactura.
4. Beneficios y problemas en la tecnología de grupos
  1. Esta tecnología proporciona beneficios sustanciales a las compañías, si éstas tienen la disciplina y perseverancia para implementarla.
  2. Existen varios problemas para llevar a cabo la tecnología de grupos. Un problema obvio es el reordenamiento de las máquinas para producción de la planta en las celdas de maquinado adecuadas.
Sistemas flexibles de manofactura
1. Un FMS se basa en los principios de la tecnología de grupos. Ningún sistema de manufactura puede ser completamente flexible. No es posible producir un rango infinito de productos. Existen límites en el grado de flexibilidad que puede incorporarse en un FMS.
2. Integración de los componentes de un sistema flexible de manufactura
  1. Un FMS consiste en un hardware y un software que deben integrarse en una unidad eficiente y confiable. También incluye personal humano. En esta sección se examinarán estos componentes y la manera en que se integran.
  2. El diseño en línea usa un sistema de transferencia lineal para mover las piezas entre las estaciones de procesamiento y las de carga/descarga.
  3. La distribución en ciclo consiste en un transportador o ciclo con estaciones de trabajo ubicadas en su periferia.
  4. distribución en escalera, en la cual las estaciones de trabajo se ubican en los peldaños de la escalera. La distribución a campo abierto es la configuración de FMS más compleja y consiste en varios ciclos enlazados.
  5. Mano de obra humana Éste es un componente adicional en la operación de un sistema flexible de manufactura. Entre las actividades que realizan los trabajadores están: 1) cargar y descargar piezas del sistema, 2) cambiar y preparar las herramientas de corte, 3) dar mantenimiento y reparar el equipo, 4) programación de piezas con control numérico, 5) programación y operación del sistema de computadoras y 6) administración general del sistema.
Lineas de produccion
1. Las líneas de producción son una clase importante en los sistemas de manufactura cuando deben hacerse grandes cantidades de productos idénticos o similares. Están diseñados para situaciones donde el trabajo total que debe realizarse en la pieza o producto consiste en muchos pasos separados.
2. Fundamentos de las lineas de produccion
  1. Una línea de producción consiste en una serie de estaciones de trabajo ordenadas para que el producto pase de una estación a la siguiente y en cada ubicación se realice una parte de trabajo total.
  2. Variaciones de productos
    1. Una línea de modelo único produce sólo un modelo y no hay variaciones en él. Por lo tanto, las tareas que se realizan en cada estación son iguales sobre todas las unidades de productos. Las líneas de modelo por lotes y de modelo mixto se diseñan para producir dos o más modelos del producto en la misma línea, pero usan diferentes enfoques para enfrentar las variaciones. Como lo sugiere su nombre, una línea de modelo por lotes produce cada modelo en lotes. Las estaciones de trabajo se configuran para producir la cantidad deseada del primer modelo y después se reconfiguran para producir la cantidad requerida del modelo siguiente, y así sucesivamente.
    2. Una línea de modelo mixto también produce varios modelos; sin embargo, éstos se entremezclan en la misma línea, en lugar de producirse por lotes. Mientras un modelo particular se trabaja en una estación, se procesa uno distinto en la siguiente estación.
3. Métodos de transporte de trabajo
  1. Existen distintas formas de mover las unidades de trabajo de una estación a la siguiente. Las dos categorías básicas son manual y mecanizada.
    1. Métodos manuales de transporte de trabajo Éstos implican pasar las unidades de trabajo entre las estaciones en forma manual y se asocian con las líneas de ensamble manual.
      1. Un problema asociado con los métodos manuales de transporte de trabajo es la dificultad para controlar la velocidad de producción en la línea. Los trabajadores tienden a trabajar a un ritmo más lento, a menos que se les proporcione un medio mecánico para marcar el ritmo.
    2. Métodos mecanizados de transporte de trabajo Por lo general, se usan sistemas mecánicos de potencia para mover unidades de trabajo a lo largo de una línea de producción. Éstos incluyen dispositivos para levantar y cargar, mecanismos para levantar y colocar, transportes que utilizan energía eléctrica
  2. Determinación del número de trabajadores requeridos
    1. Las líneas de producción se usan para productos con alta demanda. Pueden desarrollarse ecuaciones para determinar el número requerido de trabajadores y estaciones de trabajo en una línea de producción, con el propósito de cumplir una demanda anual dada.
    2. Existen dos razones prácticas por las que este número de trabajadores y estaciones de trabajo usualmente no puede alcanzarse. Éstas son:
      1. Balance imperfecto. Es muy difícil dividir el tiempo de contenido del trabajo en forma equitativa entre todos los trabajadores. Se asignará a algunos trabajadores una cantidad de trabajo que requiera menos tiempo que Tc, y esto incrementará el número total de trabajadores requeridos.
      2. Pérdida de tiempo en la reubicación. Se perderá algún tiempo en cada estación debido a la reubicación del trabajo o el trabajador; por lo tanto, la cantidad de tiempo disponible en cada estación será en realidad menor que Tc, y esto también incrementará el número de trabajadores en la línea.
Lineas de ensamble manual
1. consiste en múltiples estaciones de trabajo ordenadas en forma secuencial en las cuales trabajadores humanos ejecutan operaciones de ensamble,
2. Con frecuencia se requiere un transportador de trabajo que contenga la pieza durante su movimiento a lo largo de la línea. La pieza base viaja por cada una de las estaciones, donde los trabajadores realizan tareas que construyen el producto en forma progresiva.
Balanceo de línea y pérdidas de reubicación
1. Uno de los problemas técnicos más grandes en el diseño y operación de una línea de ensamble manual es el balanceo de la línea, en el cual se asignan tareas a trabajadores individuales para que todos tengan igual cantidad de trabajo.
2. Los elementos de trabajos distintos requerirán tiempos diferentes, pero cuando se agrupan en tareas lógicas y se asignan a los trabajadores, los tiempos de tareas no son iguales. Por lo tanto, sencillamente por la naturaleza variable de los tiempos de elementos, algunos trabajadores tendrán más trabajo, mientras que otros tendrán menos.
Lineas de producción automatizadas
1. Las líneas de ensamble manual utilizan normalmente un sistema de transferencia mecanizado para mover las piezas entre las estaciones de trabajo, pero las estaciones también son operadas por trabajadores.
2. Las operaciones realizadas por estaciones automatizadas tienden a ser más simples que las que ejecutan personas en líneas manuales. La razón es que las tareas más sencillas son más fáciles de automatizar.
3. Las líneas de producción automatizadaTipos de líneas automatizadas
  1. Las líneas de producción automatizada pueden dividirse en dos categorías básicas: 1) las que realizan operaciones de procesamiento como el maquinado, y 2) las que realizan operaciones de ensamble.
  2. Una línea de transferencia es una secuencia de estaciones de trabajo que realizan operaciones de procesamiento, con una transferencia automatizada de unidades de trabajo entre las estaciones. El maquinado es la operación de procesamiento más común,
  3. En el maquinado, la pieza de trabajo empieza generalmente como un fundido o forja metálicos, y se realiza una serie de operaciones de maquinado para obtener detalles de alta precisión
  4. Por lo general, las líneas de transferencia son piezas de equipo costosas, que en ocasiones llegan a costar millones de dólares: se diseñan para trabajos que requieren grandes cantidades de piezas.

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