Planeación y estimación de costos de manu fac tu ra

Hasta este momento el lector se ha preocupado casi exclusivamente con los aspectos tecnológicos de la manufactura. En este capítulo se da entra da a una función distinta del ingeniero: la del ingeniero como gerente.

La planeación y la estimación de costos de manufactura, como base para determinar el importe de un producto, son actividades que re­quieren una habilidad y experiencias considerables. Los errores por parir del ingeniero de procesos pueden traducirse en que el costo de un produc­to se fije demasiado elevado, con la consiguiente pérdida del pedido, el que irá a beneficiar a un competidor mejor preparado, o en que el cosió se fije demasiado bajo y el producto se haga con pérdida. En cualquier caso una empresa manufacturera no estaría mucho tiempo en actividad si se cometieran tales errores. Por tal razón, el planeado y el cálculo de cos­tos constituyen la base más sólida de un negocio exitoso, lo cual sitúa una responsabilidad considerable en el ingeniero involucrado.

8.1 Introducción a la planeación de manufactura

La planeación ya fue presentada en Tecnología de la Fabricación, Tomo I, al analizar la pieza que aparece en la Fig. 8.1 . Al enfrentarse a un diseño y a la materia prima maquinada, el técnico capacitado revisa en forma casi inconsciente los cuatro métodos alternativos de producción. 304

In t roducc ión n In p lmmne lon i lo i t i n i i u ln r l i i r n 305

Fig. 8.1 Serequiereplaiu-.it u manufai

1. Taladrar y maclnicleai el ayuieio, maquinal la nintua, iiiiii | i i liiui el ángulo.

2. Maquinar el ángulo; maquinal la ranina; laladiai \ mitcluiclcai ll agujero.

3. Maquinar la ranura; maquinal el ángulo; laladrai y m a e l i u e l e a i el agujero.

4. Maquinar la ranura: taladrar y rnachueleai el agujero; maquinal el ángulo.

Por razón de su experiencia, rápidamente rechazaría el método (I), ya que resulta más fácil taladrar un agujero pasado que un agujcio ciego También rechazaría el (2) y el (3), ya que en ambos casos tendría que ini­ciar el taladrado y el machueleado en una superficie inclinada.

Aceptaría por último el método (4), ya que es el que le ofrece menos dificultades.

Sin darse cuenta de ello, ha planeado su secuencia de operaciones. La tendencia en la industria moderna se manifiesta en una mayor espe-cialización, y el operario tiene pocas posibilidades de terminar él mismo la pieza. Un operario puede llevar a cabo el torneado, otro el fresado, y por fin otro las operaciones de ajuste en el banco. En tales condiciones, el técnico denominado ingeniero de procesos prepara una hoja de secuen­cia del proceso, la que es entregada a producción junto con los dibujos de ilustración del proceso y materiales. Cada operario en turno realiza las operaciones adecuadas a su capacidad y equipo especiales. Además de la especificación de la secuencia correcta de las operaciones, las hojas de se­cuencia e ilustración del proceso (hojas de ruta) deben determinar:

(a) la selección correcta de referencia de manufactura o superficies de localización;

(b) el proceso correcto para cada operación; (c) la previsión adecuada de métodos para sujetar la pieza;

306 Planeación y es t imac ión de cos tos

- © 2 5

M 1 2 » 1 75

Dimensiones en milímetros. Material, acero suave de fácil maquinado

Fig. 8.2 Parte torneada típica

R15

(d) la realización de los métodos adecuados de inspección en cuanto a calidad y dimensiones;

(e) la disponibilidad de la maquinaria, herramienta y calibradores re­queridos.

La Fig. 8.2 muestra una parte torneada típica, la que requiere un cierto número de operaciones de torneado entre centros, y la Fig. 8.3 muestra una hoja de procesos típica de planeación para hacer un sólo componente. Para la producción de un componente así, podrá utilizarse un torno revolver, requiriéndose en tal caso un procedimiento de planea­ción mucho más amplio. Aún cuando la planeación y el cálculo de costos es aplicable a todos los procesos de manufactura empleados en la in­dustria de la ingeniería, por razones de sencillez este capítulo se limitará a los tornos revolver y paralelos.

8.2 Principios básicos de la planeación

Al planear una secuencia de operaciones con base en un dibujo para ma­nufactura, y con anterioridad al cálculo del tiempo de producción, debe-

Pr lnc lp lo . bás icos da la p laneac ión 307

A.N. Engineeriny f u | ni

Dibujo número Tanda Material i

i i .nf . . . .ni Planeado

por

Uno por vez

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Observaciones: acabado a\propio coto*

Operación número

3

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Sección Descripción de 1« operación

Pairo, ntofiil.. I Re{«M\Wr Tcufteax ixd*>m»V«.(ii' 12 <nr(\ Tornear a d.árneVco d«v 12 irwn Redor.'íear «xWífAo Co<-\e de W rosca

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Fig. 8.3 Hoja de planeación del proceso (torno paralelo)

rán observarse los siguientes principios básicos: 1. Deberá planearse el maquinado de una referencia de manufactura ini­

cial. En el caso de una pieza torneada, podrá ser una cara o reborde a partir del cual puedan medirse las distancias lineales. Tal superficie de manufactura puede también actuar como una cara de localización si la pieza tiene que ser invertida en el " c h u c k " para una segunda operación.

2. Si no es posible completar todas las operaciones partiendo del punto inicial de referencia, deberá escogerse con cuidado un punto secunda­rio e incluso un punto "terciario. Cuando sea posible, éstos deberán ser maquinados al mismo tiempo que el punto inicial de referencia, con objeto de disminuir la acumulación de tolerancias.

3. Deberán producirse de una sola vez cuantas características sea po­sible, con objeto de lograr concentricidad y exactitud lineal. La suje­ción de la pieza puede dar lugar a deformaciones, y, por lo tanto, el volver a sujetar dicha pieza puede también dar origen a inexactitudes.

4. Las operaciones similares deberán, si ello es posible, producirse en grupo, con objeto de disminuir el manejo de material y facilitar el tra­bajo del departamento siguiente.

:IOH Planeación y es t imac ión de cos tos

5. En las ocasiones en que un componente tiene características que reclamen una alta precisión dimensional, a la vez que un buen micro-acabado superficial, dichas características no deben ser maquinadas en acabado hasta después de haber terminado al procesado "y maquinado general. Esto evita daños y posible corrosión durante el manejo, permi­tiendo que se aplique un recubrimiento protector a las superficies que requieren alta precisión inmediatamente después de que éstas estén terminadas. Las características de la pieza que requieran maquinados de acabado de alta precisión deberán dejarse en sobremedida du­rante los procesos previos de maquinado, (como ejemplo, tolerancia para rectificar).

6. La inspección durante el proceso deberá planearse estratégicamente, de forma que los componentes no sigan adelante en caso de estar in­correctos. Esto evita que sean realizados procesos costosos de acaba­do a piezas que, debido a previos errores en el procesado, pueden considerarse ya como desecho. El ingeniero de procesos suministrará al departamento de control de calidad las dimensiones requeridas en dichas etapas intermedias (especificaciones de manufactura), ya que las dimensiones finales que aparecen en los dibujos de Ingeniería del Producto no se lograrán hasta no haber realizado el proceso de aca­bado o final.

7. Deberán tomarse previsiones para llevar a cabo las operaciones de eli­minación de las rebabas inmediatamente después del maquinado con objeto de dar seguridad en el manejo de las piezas y evitar que otros componentes adyacentes se arañen o reciban daño durante el almace­namiento o el tránsito, a la vez que se impide que las rebabas den lu­gar a un asentamiento incorrecto de los componentes en las caras de ubicación de plantillas y montajes.

8.3 Planeación de una pequeña pieza torneada

El ejemplo que va a continuación, correspondiente a una hoja de planea­ción del proceso en un torno revolver, será la parte pequeña que ya apa­reció en la Fig. 8.2.

El ingeniero de proceso dibujará en primer lugar un esquema de la capacidad de la máquina, del herramental y la secuencia de las opera­ciones requeridas, datos que se anotarán en la forma Distribución de herramientas (tooling-out) que se indica en la Fig. 8.4, utilizando diagra­mas simples para representar el montaje. Se calcularán las velocidades y avances, agregándolos a una hoja de procesos más compleja, como se in­dica en la Fig. 8.5. Se observará que la hoja tiene distintos encabezados, para la identificación de la pieza, la identificación de la máquina, las es pecificaciones del material, la cantidad requerida de piezas (tamaño del lote), y los comentarios relativos a cualquier característica especial. Si

Planeación do unn poquot ln plozn torneada 309

Operación Descripción Herramental

1 Avanzar torreta exagonal hasta el tope Tope

2 Tornear al diámetro de 25 mm Girar torreta

3 Tornear al diámetro de 12 mm Girar torreta

4 Tornear con radio de 15 mm Girar para tornear el extremo

5 Cortar rosca M12 X 1.75 Portaterraja auto-abrlble

6 Rebajar con herramienta de corte Herramienta de corte

7 Chaflán cabeza de tornillo Herramienta para conformar

8 Cortar Herramienta para corte

9 Preparar extremo de la barra para el componente siguiente Herramienta para conformar

Fig. 8.4 Distribución de herramental en el torno revolver (ilustración del proceso)

guen a continuación las columnas en las que se anotan los detalles de ca­da operación. Se verá que la forma cuenta también con columnas corres­pondientes al tiempo de maquinado y al tiempo del operario, las cuales se completarán en la Sección 8.4 relativa a la estimación de costos.

Como un torno revolver es más robusto que un torno paralelo, y co­mo por otra parte se está empleando acero suave, se adoptará una velo-

308 Planeación y es t imac ión de cos tos

5. En las ocasiones en que un componente tiene características que reclamen una alta precisión dimensional, a la vez que un buen micro-acabado superficial, dichas características no deben ser maquinadas en acabado hasta después de haber terminado al procesado y maquinado general. Esto evita daños y posible corrosión durante el manejo, permi­tiendo que se aplique un recubrimiento protector a las superficies que requieren alta precisión inmediatamente después de que éstas estén terminadas. Las características de la pieza que requieran maquinados de acabado de alta precisión deberán dejarse en sobremedida du­rante los procesos previos de maquinado, (como ejemplo, tolerancia para rectificar).

6. La inspección durante el proceso deberá planearse estratégicamente, de forma que los componentes no sigan adelante en caso de estar in­correctos. Esto evita que sean realizados procesos costosos de acaba­do a piezas que, debido a previos errores en el procesado, pueden considerarse ya como desecho. El ingeniero de procesos suministrará al departamento de control de calidad las dimensiones requeridas en dichas etapas intermedias (especificaciones de manufactura), ya que las dimensiones finales que aparecen en los dibujos de Ingeniería del Producto no se lograrán hasta no haber realizado el proceso de aca­bado o final.

7. Deberán tomarse previsiones para llevar a cabo las operaciones de eli­minación de las rebabas inmediatamente después del maquinado con objeto de dar seguridad en el manejo de las piezas y evitar que otros componentes adyacentes se arañen o reciban daño durante el almace­namiento o el tránsito, a la vez que se impide que las rebabas den lu­gar a un asentamiento incorrecto de los componentes en las caras de ubicación de plantillas y montajes.

8.3 Planeación de una pequeña pieza torneada

El ejemplo que va a continuación, correspondiente a una hoja de planea­ción del proceso en un torno revolver, será la parte pequeña que ya apa­reció en la Fig. 8.2.

El ingeniero de proceso dibujará en primer lugar un esquema de la capacidad de la máquina, del herramental y la secuencia de las opera­ciones requeridas, datos que se anotarán en la forma Distribución de herramientas (tooling-out) que se indica en la Fig. 8.4, utilizando diagra­mas simples para representar el montaje. Se calcularán las velocidades y avances, agregándolos a una hoja de procesos más compleja, como se in­dica en la Fig. 8.5. Se observará que la hoja tiene distintos encabezados, para la identificación de la pieza, la identificación de la máquina, las es pecificaciones del material, la cantidad requerida de piezas (tamaño del lote), y los comentarios relativos a cualquier característica especial. Si

Planeación do i inn poquonn p ln /n torneada 309

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Operación Descripción Herramental

1 Avanzar torreta exagonal hasta el tope Tope

2 Tornear al diámetro de 25 mm Girar torreta

3 Tornear al diámetro de 12 mm Girar torreta

4 Tornear con radio de 15 mm Girar para tornear el extremo

5 Cortar rosca M12 X 1.75 Portaterraja auto-abrible

6 Rebajar con herramienta de corte Herramienta de corte

7 Chaflán cabeza de tornillo Herramienta para conformar

8 Cortar Herramienta para corte

9 Preparar extremo de la barra para el componente siguiente

Herramienta para conformar

Fig. 8.4 Distribución de herramental en el torno revolver (ilustración del proceso)

guen a continuación las columnas en las que se anotan los detalles de C a da operación. Se verá que la forma cuenta también con columnas coi i es pondientes al tiempo de maquinado y al tiempo del operario, las cua les te completarán en la Sección 8.4 relativa a la estimación de costos.

Como un torno revolver es más robusto que un torno paralelo, y ce­rno por otra parte se está empleando acero suave, se adoptará u n a velo

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310

Planeador) da unn pequeña plo/11 torneada 311

cidad de corte de 50 m/min para las ODtl B< Iones generales de toi H0. Es­ta velocidad se reducirá a 10 m/iniu puní las operaciones de roscado, y a 30 m/min para el corte. Cuando no M dispone de la velocidad calcu­lada, deberá utilizarse en el torno la lediaU Inferior, con objeto de conservar la vida de las herramicni.i'. ( V r a s i Sc-mon S.S) Ines tec jem pío el maquinado se hará con herramienta di un i i 1 ro lupa M p u l o .

Torneado a un diámetro de 25 tnm N _ 1000 5

D en donde: S - 50 m/min l> 25 u n n

_ 1000 x 50 N «= 3.14 3.14 x 25

= 636.94 rev/min Usese una velocidad real del "chuck" de 600 rev/min. Torneado con diámetro de 12 mm.

N = 1000 s D

en donde: S = 50 m/min 1000 x 50 D = 12 mm 3.14 x 12 1326.96 rev/min

= 3.14

Usese como velocidad real del "chuck" la de 1250 rev/min. Corte de rosca M 12 x 1.75 de rosca.

N = 1000 s 0 en donde: S = 10 m/min

D = 12 mm 1000 x 10 = 3 : 1 4 3.14 x 12

= 265.39 rev/min

Usese como velocidad real del "chuck" la de 350 rev/min.

312 Planeación y es t imac ión de cos tos

Chaflán y corte o separación de la pieza.

en donde: S = 30 m/min D = 55 mm

= 3.14

= 212.31 rev/min

Como el diámetro disminuye hasta llegar a cero durante la operación de corte y únicamente se elimina una pequeña cantidad de material durante el chaflán, podrá usarse una velocidad en el eje de 250 rev/min con obje­to de evitar el tener que cambiar de velocidad durante la operación de roscado. Usese como velocidad real del "chuck" la de 250 rev/min. Los avances se escogerán como un compromiso entre la rápida elimina ción de material, el acabado superficial, y el funcionamiento de la má­quina. Se basarán en la experiencia del ingeniero de procesos y en las tablas suministradas en los manuales de manufactura.

8.4 Estimación de costos

El costo unitario de un producto manufacturado puede lograrse con base en cierto número de elementos. En su forma más simple dichos elemen­tos son: (a) el costo directo del material; (b) el costo directo del trabajo; (c) los gastos generales (renta, impuestos, electricidad, administración.

etc.); (d) mercadeo y distribución; fe) ganancia. De los anteriores elementos, el ingeniero de procesos de manufactura el responsable con frecuencia en cuanto a la estimación de los costos direi tos de producción, ya que ésta es una consecuencia de su función como ingeniero de procesos. Con anterioridad examinamos la planeación inl cial de la pieza que aparece en la Fig. 8.2. La distribución de la herré, mienta o ilustración del proceso aparece en la Fig. 8.4, y se han agregado las velocidades y avances, en la hoja de procesos de la Fig. 8.5. Con basi

N = 1000 5 D

1000 x 30 3.14 x 45

Est imac ión de costos 313

en estos datos, el tiempo cíclico de optrai I6n (que en O aliones se deno­mina tiempo básico) puede calcular.e parí i tola pieza

El tiempo básico de operación di una pii u está Formado poi dos elementos:

1. Tiempo del ciclo de maquinado 2. Tiempo del operario.

t iempo ilc corle cu minutos avance en mm/rev velocidad del husillo en rev/min longi tud de corte.

El tiempo de maquinado se denomina 11 ei ucntementl tiempo calen lado, ya que puede calcularse con hase en los d a l o s bnsii os de planea ción, utilizando la expresión:

T = L F X N en donde: T -

F = N = L =

Estudiemos el tiempo requerido para tornear el diámetro de 25 mm. Ya quedaron establecidos los datos correspondientes a esta operación. 25 mm de diámetro: Velocidad del eje 600 rev/min Ritmo de avance 0.25 mm por rev Largo del corte 75 mm Tiempo de corte calculado para este diámetro del componente:

T = 75 0.25 x 600 = 0.5 min

En forma análoga, pueden calcularse los restantes tiempos de corte'cuan-do se aplican ritmos de avance automáticos. Resultan más problemáticas las operaciones en que se utilizan avances manuales, tal como ocurre en el chaflán y el corte.

En este caso, el ingeniero de procesos tiene que utilizar su juicio ba­sado en la experiencia de tareas semejantes anteriores. El ingeniero de proceso tendrá acceso a tablas de tiempos observados, preparadas por el ingeniero de métodos, quien habrá medido los tiempos invertidos por el ope­rador en cierto número de piezas, obteniendo con base en ellos el tiempo promedio. Este tiempo individual se ajustará según el ritmo del o p e r a dor, para lograr el tiempo del operador "p romed io" .

El tiempo del operario está integrado por operaciones como el liaeei avanzar la barra hasta el tope, la graduación de la torre, la nueva coloca ción del porta herramienta entre los cortes de desbaste y de acabado; el cambio de velocidades, etc.

314 Planeación y es t imac ión de cos tos

Tampoco ahora es posible calcular dichos tiempos, y el ingeniero de procesos tiene que sintetizar los tiempos del operario tomándolos de tablas de tiempos observados con piezas semejantes en una máquina determinada.

Por último, todos estos tiempos se reúnen en la hoja de planeación del proceso que aparece en la Fig. 8.5, y se calcula el tiempo del ciclo to­tal básico de la operación mediante la suma de los tiempos individuales.

8.5 Costo

Para llegar al costo directo de trabajo en el caso del componente que apa­rece en la Fig. 8.2, que ha constituido el objeto de nuestras explicaciones hasta ahora, parecería que habría de bastar con multiplicar el tiemp del ciclo por el salario correspondiente.

Esto no es sin embargo, demasiado fácil, y también en este cas el ingeniero de procesos tiene que recurrir a su experiencia, por las si­guientes razones: 1. El operador no mantiene un ritmo constante de producción, sino qu

se cansa hacia el final de su turno. 2. Hay que incluir la tolerancia requerida para que el operador atiend

periódicamente sus necesidades naturales. 3. Deberá también tenerse en cuenta la tolerancia para que la máquin

se ajuste de vez en cuando, por razón del desgaste de las herramien­tas, o por el daño al herramental que sea preciso corregir.

Estos factores habitualmente se tienen en cuenta agregando el factor d contingencia o de suplementos bajo la forma de un porcentaje del tiem­po de ciclo calculado.

De esta forma los costos directos del trabajo para el component que aparece en la Fig. 8.2 serán:

tiempo calculado suplementos

(15%) tiempo de la operación

o

2.547 min 0.382 2.929 min 0.0488 horas

.". costo unitario del trabajo = tiempo del ciclo x salario/hora = 0.0488 x £2 .50

£ 0.122 por componente

Costo 315

Es decir, que para un operado! >|u. r . m a i .* so p m I m i a , el costo unitario de trabajo será de £ 0.122.

Este procedimiento básico, ion | n d o i diltintOl de perfecciona­miento, se aplica a cualquier problemi di manufai tura i tobe Imistirse en que la precisión con que el ingenien) di p i n o ... n , r , i m i . o s l o uní tario realista es todo lo que se r e q u i e i e p i i u u | i i < In eninpaflia Obtenga u n a

ganancia o incurra en pérdida. S i o. di maiiado | iu . ompaflia saldrá del mercado, por razón de nil precioi lltMj ll ei demasiado "COI t o " no solamente incurrirá en p c i d i d a s su . m n p a n l a , \ . i que el operadoi no podrá lograr realizar su trabajo en el tiempo del i li lo, lino que dicho operador sufrirá descontento a l n o M I l a p a / de lograi el a l . tiociado con el trabajo por pieza, la h o n d a a< i o n , u OtrOI Incentivo!

316 Planeación y es t imac ión de cos tos

Problemas

1. Resuma los principios básicos de planeación para la manufactura, y explique por qué la planeación tiene una gran importancia en el éxito de una compañía.

2. Trace una hoja de planeación e ilustración del proceso para el com­ponente que aparece en la Fig. 8.6, el cual ha de producirse en un tor­no revolver con alimentación de barra. Calcule el tiempo cíclico bási­co de operación por componente.

3. Trace una hoja de planeación e ilustración, procesos para el compo­nente que aparece en la Fig. 8.7, el cual será hecho en un torno revol­ver de mandril. Calcule el tiempo del ciclo (piso a piso) por compo­nente.

4. (a) Dado un tiempo básico de 3.54 minutos para un componente particular, indique cual es el criterio adicional que deberá tener­se en cuenta para calcular el costo directo del trabajo.

(b) Suponiendo un salario por hora de £ 2.50, calcule el costo unita­rio de trabajo del componente.

5. Calcule el costo unitario de un componente con base en los criterios siguientes:

(i) tiempo básico 2.5 minutos (estimado); (ii) tolerancia por suplementos 15%;

(iii) salario por hora £ 3.00; (iv) costo del material £ 0.60 por cien componentes; (v) gastos generales 250 por ciento del costo unitario de trabajo;

(vi) la ganancia es del 30 por ciento sobre el costo total básico.

Muleteado burdo

Rosca O BA

R 10 i 1 + 0

Dimensiones en milímetros Material: latón para maquinado fácil

Fig. 8.6 Inserto para moldeado de plástico

i ' m i i i i ' i i i i i ' .