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Sesin 10Sesin 10
LNEAS DE LNEAS DE PRODUCCIN PRODUCCIN AUTOMTICASAUTOMTICAS
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Lneas de produccin automtica
Sistemas de transferencia
Tecnologas de grupos
Introduccin a celdas de manufactura
CONTENIDO
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Lneas de produccin automticaLneas de produccin automticas
requieren de una inversin de capital significativa. Son ejemplo de
automatizacin fija y, generalmente, es difcil alterar la secuencia
y contenido de las operaciones de procesamiento una vez construida
la lnea.
Su aplicacin es por lo tanto apropiada solo bajo las siguiente
condiciones:
Alta demanda del productoDiseo estable del producto
Larga vida del productoOperaciones mltiples en la
manufactura
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Lneas de produccin automtica
La aplicacin de lneas de produccin tiene los siguientes
beneficios:
Bajo contenido de trabajo directoBajo costo del producto al
reducir costos de
equipo fijo en muchas unidadesAltos ritmos de produccin
Minimizacin de tiempo crtico de produccin y el trabajo hecho en
proceso
Minimizacin del espacio en planta
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Fundamentos de lneas de produccin automatizadas
Una lnea de produccin automatizada consiste de mltiples
estaciones que estn enlazadas por una sistema de manejo de
trasferencia de partes de una estacin a la siguiente. La parte de
trabajo original entra por un lado de la lnea y los pasos de
procesamiento son realizados secuencialmente al paso de la parte
por la misma.
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Lneas de produccin automticaLa lnea podra incluir estaciones de
inspeccin para realizar verificacin de la calidad y tambin podra
contener etapas manuales de operaciones que pueden resultar ser muy
costosas o difciles de automatizar.
Cada estacin hace operaciones diferentes y la secuencia de
operaciones definida en la lnea de produccin es lo requerido para
completar el producto en demanda. Mltiples partes son
manufacturadas en la lnea y cada una de ellas en cada estacin de
trabajo.
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Lneas de produccin automticaUna lnea de produccin opera en
ciclos, similares al ensamble manual. Cada ciclo consiste de una
lnea de procesamiento mas el tiempo de transferencia de las partes
a la estacin siguiente. La estacin mas lenta rige el ritmo de la
lnea.
El sistema de transferencia depende de la geometra y tipo de
pieza de trabajo. Una fijacin o pallet es un dispositivo de sujecin
que se disea para: (a) fijar la parte a una locacin precisa
referida a su base. Y (b) poder moverse, y precisamente mantener la
posicin en estaciones de trabajo sucesivas en la transferencia del
sistema.
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Configuraciones del sistema
El flujo puede en realidad ser de varias formas: (1) en-lnea,(2)
segmentado en lnea y (3) rotacional.
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Configuracin en lnea
Consiste en una secuencia de estaciones en un arreglo de lnea
recta. Esta configuracin es comn para grandes piezas de trabajo a
maquinar. Pero estas partes requieren de un gran nmero de
operaciones, una produccin, y la lnea podra tener mltiples de
trabajo. Dicha configuracin puede tener grandes cantidades de
estaciones y ser integrada con espacios de almacenamiento a lo
largo del flujo.
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Configuracin de segmento en lneaLa configuracin de segmento en
lnea, consiste de dos o mas lneas rectas de transferencia, donde
los segmentos son usualmente perpendiculares uno del otro. Hay
varias razones por las que se prefiere esa configuracin a la lnea
recta:
(1) Espacio de piso disponible
(2) Permite reorientacin de la pieza de trabajo para diferentes
superficies de maquinado
(3) El layout rectangular un retorno de la pieza de trabajo al
inicio del ciclo para el retorno de material de sujecin y hardware
que requiere otra pieza nueva.
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Configuracin rotatoria
En la configuracin rotatoria, las partes de trabajo estn fijas
alrededor de una mesa de trabajo circular , y la mesa es indexada
para posicionar las piezas de trabajo a las estaciones
correspondientes.
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(Video alimentador automtico)
(Trabajo Terminal de un ex-alumno UPIITA)
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Mecanismos automticos de transferencia de piezas
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Los inicios de estas lneas de transferencia se remontan a la
industria automotriz en EU que se convirti en produccin en masa
para principios de los 1920's con tendencias similares en Europa.
Los pioneros de lneas de transferencia fueron los de la Ford Motor
Co., aunque las operaciones en la lnea de ensamble eran
manuales.
La primera lnea de produccin automatizada fue realizada por L.R.
Smith en 1919 al producir marcos para el chasis a partir de lminas
de metal usando cabezas de ribeteo neumticas que rotaban en la
posicin de cada estacin. La lnea realizaba un total de 550
operaciones y tena una capacidad de producir mas de un milln de
marcos de chasis al ao.
Antecedentes histricos
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Antecedentes histricos
La primera lnea multi-estacin se instal en Inglaterra por
Archdale Co. Para Morris Engines Ltd. En 1923 para manufacturar el
monoblock del motor de un auto, Con 53 estaciones, 224 minutos de
maquinada en cada parte, tena un ritmo de produccin de 15 bloques
por hora. La transferencia entre estaciones era manual. La primera
lnea de transferencia automtica la construyeron tambin Archdale Co.
Para Morris Engines en 1926.
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Estos mecanismos pueden ser:
sncronos o asncronos.
Mecanismos automticos de transferencia
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La transferencia sncrona es el medio mas tradicional en una lnea
de transferencia. Sin embargo, los sistemas de transferencia
asncrona se van volviendo mas comunes por ciertas ventajas respecto
del movimiento sncrono:
(1) Mayor flexibilidad
(2) menos pallets requeridos
(3) es mas sencillo rearreglar o expandir en la lnea de
produccin
Sin embargo, estas ventajas vienen con un costo extra.
Transferencia sncrona
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Sistemas de transferencia lineal
La mayora de los sistemas de transporte proporcionan una
transferencia lineal. Estos incluyen: transportadores de cilindros
con potencia, de banda, manejados con cadena y
carros-sobre-linea.
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Sistema de transferencia rotacional
Utilizan mecanismos que realizan un movimiento de rotacin
indexado. Por ejemplo con un
Mecanismo de Ginebra o un mecanismo de levas.
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Los almacenamientos temporales
Un almacenamiento temporal en una lnea de produccin es un lugar
donde las partes pueden ser colocados y almacenados temporalmente
antes de proceder a la siguiente estacin de trabajo. Estos pueden
ser manuales o automticos.
Un parmetro clave en estos almacenamientos es su capacidad, es
decir, el nmero de partes que puede mantener. Se usan mas en
transferencias lineales que en rotacionales.
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Los almacenamientos temporales
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Beneficios de usar almacenamientos temporales
Reducir el efecto de descomposturas en estaciones de trabajo
Proveer de un banco de partes para alimentacin a la lnea
Proveer de un lugar donde colocar las partes de salida de la
lnea
Permitir el tiempo de espera en retardos requeridos
Amortiguar las variaciones del ciclo de trabajo.
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Control de la transferencia en la lnea de produccin
El control de una lnea de produccin es un proceso complejo
debido a las operaciones y relaciones entre elementos en la lnea de
produccin
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Funciones del control de la transferencia
1. Control de la secuencia Coordinar la secuencia del sistema de
transferencia de una mquina automtica.
2. Monitoreo de la seguridad Asegura que la lnea de produccin no
opera en condiciones inseguras (tanto para trabajadores humanos
como para el equipo)
3. Control de calidad Monitoreo de ciertos atributos de las
piezas de trabajo con el fin de tener n control en la calidad,
detectar defectos, e inclusive rechazarlos por no satisfacer los
requerimientos.
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Controlador de la lnea.
Por muchos aos fueron los PLCs (controladores lgicos
programables, en sus siglas en ingls) fueron utilizados para hacer
la labor de control de la planta. Ahora el uso de computadoras es
cada vez mayor y mayor debido a su flexibilidad, herramientas de
desarrollo y familiaridad de uso.
Actualmente, la aplicacin de sistemas distribuidos de control
local es una de las topologas mas convencionales.
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Anlisis de las lneas de produccin automatizadas
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Tenemos que hacer las siguientes consideraciones de lneas de
transferencia y mquinas de rotacin indexadas:
(1) las operaciones de trabajo realizan operaciones de
procesamiento y no de ensamble(2) los tiempos de procesamiento en
cada estacin son constantes, aunque no necesariamente iguales(3) se
realiza una transferencia sncrona de partes(4) No hay
almacenamiento temporal interno.
Terminologa bsica y medicin de rendimiento
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Terminologa bsica y medicin de rendimiento
Definimos el tiempo ideal del ciclo de procesamiento de la lnea
de produccin como Tc, mientras que Ti es el tiempo de procesamiento
de la estacin mas lenta en la lnea de produccin. Entonces,
donde Tc es el tiempo ideal del ciclo de produccin de la lnea;
Tsi es el tiempo de procesamiento de la estacin i, y Tr es el
tiempo de reposicin. Todos los tiempo pueden ser en min.
T c=Max {T si}T r
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Situaciones de reduccin de eficiencia en una lnea automatizada
Fallas en la herramienta
de las estaciones de trabajo.
Ajustes de herramientas en las estaciones de trabajo.
Cambios en el orden de uso de herramientas
Fallas elctricas o en los interruptores lmites
Fallas mecnicas en las estaciones de trabajo.
Fallas mecnicas en los sistemas de transferencia
Tareas rezagadas en la lneas
Insuficiente espacio para partes a procesar
Mantenimiento preventivo en la lnea
Descansos de trabajadores
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Considerando la eficiencia, podemos formular el clculo del
tiempo promedio de produccin como,
donde F es la frecuencia de paros de lnea (paros/ciclo) y Td es
el tiempo por paro de lnea (min).
T p=T cFT d
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El ritmo de produccin puede calcularse como el reciproco del
tiempo de produccin,
donde Rp es el ritmo de produccin promedio (pz/min). Podramos
comparar este valor con la
produccin ideal dada por
Normalmente el proveedor de la mquina usa el valor ideal de la
produccin para caracterizar su
mquina.
RP=1T p
Ri=1T c
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La eficiencia de la lnea, E, puede calcularse como,
E=T cT p
= TcT cF T d
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Un parmetro importante de la lnea automatizada es el rendimiento
econmico, por ejemplo el costo por unidad producida. Este costo
debe de incluir el costo de inicio para ser procesada en la lnea,
Cm, el costo de tiempo en la lnea, Co, y el costo de cualquier
herramienta consumida, Ct; el costo de la pieza puede ser expresada
como la suma de estos tres factores:
Donde Tp es el tiempo promedio de produccin por pieza
C pc=CmCoT pC t
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Ejemplo, Rendimiento de la lnea de transferencia
Considere una lnea de transferencia propuesta para maquinar
ciertos componentes que actualmente se producen de manera
convencional. La propuesta recibida del constructor de la mquina
dice que la lnea operar a un ritmo de produccin de 50 pz/hr al 100%
de eficiencia. De lneas similares se estima que los cortes de
produccin se darn en promedio de 8.0 minutos. El costo inicial es
de $3.00 por parte. La lnea opera a un costo de $75.00 por hora.
Las 20 herramientas (una por estacin) rinden 50 partes cada una y
tienen un costo por herramienta de $2.00 por filo de corte.
Basado en esto, calcular: (a) el ritmo de produccin, (b) la
eficiencia de la lnea y (c) el costo por pieza producida en la
lnea.
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(a) al 100% de eficiencia, la lnea produce 50 pz/hr. El recproco
dar el tiempo ideal por pieza:
El tiempo de produccin promedio por pieza est dado por,
El ritmo de produccin es el recproco del tiempo de produccin por
pieza
T c=150=0.02hr / pz=1.2min
T p=T cFT d=1.20.10 8.0=1.20.8=2.0 min / pz
Rp=1
2.0=0.500 pz /min=20 pz /hr
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(b) La eficiencia es la razn entre el tiempo del ciclo ideal y
el tiempo de produccin promedio actual,
(c) Finalmente, el costo por pieza producida, calculamos el
costo de las herramientas usadas,
Ahora, el costo unitario puede ser calculado tomando en cuenta
el ritmo de $75/hr de la lnea,
E=1.22.0=0.60
C t=20herr $ 2/herr /50 partes=$0.80 / pz
C pc=3.001.252.00.80=6.30 / pz
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Lneas de ensamble automtico
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El trmino ensamble automtico se refiere al uso de dispositivos
mecanizados o automatizados para realizar varias tareas de ensamble
en una lnea o celda de ensamble.
Los sistemas de ensamble automtico deben de considerar las
siguientes condiciones para su implementacin:
Alta demanda del productoDiseos de producto establesLimitado
nmero de componentes de ensambleProducto diseado para ensamble
automtico.
Lneas de ensamble automtico
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Lneas de ensamble automtico
Estos sistemas son caros, aunque menores que las lneas de
transferencia automatizadas. Esto es debido a que las piezas
trabajadas en ensamble automtico son regularmente pequeas y menores
que en las lneas de transferencia y las operaciones de ensamble no
requieren de gran potencia o fuerzas mecnicas para su
realizacin.
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Fundamentos de un sistema de ensamble automtico.
Un sistema de ensamble automtico realiza una secuencia de
operaciones automatizadas de ensamble para combinar mltiples
componentes dentro de una entidad simple. La entidad simple puede
ser n producto final o un subensamble para un producto mas
grande.
En muchos casos, la entidad ensamblada es una base con otros
componentes agregados, generalmente uno por uno, de forma que el
ensamble se complete progresivamente.
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Fundamentos de un sistema de ensamble automtico.
Un sistema de ensamble tpico consiste de los siguientes
subsistemas:
(1) una o mas estaciones de trabajo en las cuales se completan
los pasos del ensamble
(2) dispositivos de alimentacin de partes para la alimentacin de
componentes individuales a las
estaciones de trabajo(3) un sistema de manejo de trabajo para la
unidad
ensamblada.
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Fundamentos de un sistema de ensamble automtico
En sistemas de una sola estacin, el sistema de manejo de
trabajos tambin mueve la base de la parte dentro y fuera de la
estacin.
En sistemas multi-estaciones, el sistema de manejo de trabajos
transporta la pieza a las diferentes estaciones.
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Las funciones de control de un sistema de ensamble automtico
son:
(1) control de secuencia
(2) monitoreo de la seguridad
(3) control de calidad
Fundamentos de un sistema de ensamble automtico
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Clasificacin de sistemas de ensamble automtico
Los sistemas de ensamble automtico pueden ser clasificados
como:
(a) Mquinas de ensamble en lnea
(b) Mquinas de ensamble tipo dial
(c) Sistemas de ensamble tipo carrusel
(d) Mquinas de ensamble de estacin simple
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Mquinas de ensamble en lneaLa mquina de ensamble en lnea
consiste de una serie de estaciones de trabajo localizadas a lo
largo de un sistema de transferencia en lnea. Es la versin de
ensamble de una lnea de transferencia. Comnmente se usan sistemas
de transferencia sncronos o asncronos de estacin a estacin.
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Mquinas de ensamble tipo dialEn la aplicacin tpica de la mquina
tipo dial, las partes base son cargada en fijadores o canastas
pegadas a un dial circular. Los componentes son agregados y/o
unidos a la parte base en las estaciones de trabajo localizadas
alrededor del perifrico del dial. Puede operar sncrono o asncrono,
aunque tambin puede una transferencia continua como el caso de
embotelladoras y planas de enlatado.
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Sistemas de ensamble tipo carruselEl sistema de ensamble tipo
carrusel es un hbrido entre el flujo de trabajo circular de la
mquina de ensamble tipo dial y el flujo de trabajo recto de un
sistema en lnea. La configuracin de carrusel puede operar con
transferencias continuas, sncronas o asncronas para mover el
trabajo alrededor del carrusel.
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Mquinas de ensamble de estacin simple
En una mquina de ensamble de estacin simple, las operaciones de
ensamble son realizadas sobre la parte base en una sola localidad.
El ciclo de operacin tpica involucra la colocacin de la parte base
en un posicin estacionaria en la estacin de trabajo, seguida por la
adicin de los componentes a la base, y finalmente remover el
ensamble de la estacin.
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Combinaciones de sistemas de ensamble y de transferencia
Sistema de transferencia de trabajoConfiguracin del
sistemaParte base
estacionariaContinua Sncrona Asncrona
En lnea No Inusual Si SiTipo Dial No Inusual Si NoCarrusel No
Inusual Si Si
Estacin simple Si No No No
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Diseo para el ensamble automtico
Una situacin con el ensamble es que muchos de los componentes
tradicionales requiere habilidades naturales en el ser humano que
son difciles de replicar con mquinas. Por ejemplo, las rondanas,
tuercas, sujetadores, etc. o muchas de las partes se ensamblan en
posiciones difciles de alcanzar.
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Ejemplos de partes ensambladas automticamente
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Recomendaciones para productos diseados para ensamble
automticoReducir la cantidad de operaciones de ensambleUsar el
diseo modular
Reducir el nmero de tornillos y otros sujetadores requeridos
Reducir la necesidad de manejar mltiples componentes
simultneamente
Limitar las direcciones requeridas para el acceso
Alta calidad en los componentes
Facilidad de alimentacin de componentes al ensamble.
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Tecnologa de Grupo y celdas de manufactura
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Es una filosofa de manufactura en la cual partes similares son
identificadas y agrupadas juntas para tomar ventaja de sus
similaridades en el diseo y produccin.
Partes similares se arreglan en Familias de produccin, donde
cada familia posee un diseo y/o caractersticas de manufactura
similares.
La eficiencia se va alcanzando al arreglar el equipo de
produccin en grupos de mquinas, o celdas, para facilitar el flujo
de trabajo.
Agrupando el equipo de produccin en clulas, en donde cada clula
se especializa en la produccin de una familia de partes, esto es
llamado Manufactura celular.
Tecnologa de Grupo y celdas de manufactura
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Antecedentes histricosEn 1925, R. Flanders presenta su artculo a
la Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos (ASME) describiendo la
forma en que se organiza la manufactura en Jones and Lamson Machine
Company. En 1937, A, Sokolovskiy describe las caractersticas
esenciales de la manufactura de grupo en la unin sovitica. Mientras
que A Korling de Suecia presenta un artculo en 1949 describiendo
las propiedades de la 'produccin en grupo', la forma en que estos
pueden trabajar de manera descentralizadas e independiente para
producir 'una categora especial de partes'
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Antecedentes histricos
En Estados Unidos no es sino hasta 1969 cuando se da la primera
aplicacin de tecnologa de grupo en Nueva jersey en un taller de
maquinas arreglado como un proceso tipo layout para la manufactura
de familia de partes. La productividad aument 50% y los tiempos de
entrega se redujeron de semanas a das.
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Principios de Tecnologa de grupos
La tecnologa de grupo y la manufactura celular son aplicables en
una gran variedad de situaciones, normalmente en las siguientes
condiciones:
La planta usa produccin a lotes y un proceso tipo layout
Las partes pueden ser agrupadas en familias de partes.
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Principios de Tecnologa de grupos
Hay dos tareas mayores que una compaa debe hacer cuando se
implementa la tecnologa de grupo:
1. Identificar las familias de partes
2. Rearreglar las mquinas de produccin en celdas de mquinas.
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Beneficios al aplicar la tecnologa de grupos
Promueve la estandarizacin de herramientas e instalaciones para
partes
El manejo de material se reduce por que las partes se mueven
dentro de la celda, en vez de hacerlo por toda la fabrica
La planeacin de procesos y la calendarizacin de la produccin se
simplifican
Los tiempos de instalacin se reducen, menores tiempos de
manufactura.
El sobre trabajo es reducido
La satisfaccin de los trabajadores mejora cuando estos colaboran
en una celda de manufactura.
Trabajo de mejor calidad
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Familias de partes
Una familia de partes es una coleccin de partes similares en su
forma geomtrica y tamao debido a pasos de procesamiento similares
en su manufactura.
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Ejemplo de un proceso de planta Layout
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Conversin a tecnologa de grupo
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Implementacin de tecnologa de grupos
El gran reto en la implementacin de la tecnologa de grupos es,
precisamente, agrupar las familias de partes. Existen al menos tres
mtodos usados:
(1) Inspeccin visual
(2) Clasificacin de partes y codificacin
(3) Anlisis de flujo de produccin
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La inspeccin visual es el mtodos menos sofisticado y menos caro.
Involucra la clasificacin de las pares en familias por como se ven,
arreglndolas dependiendo de sus propiedades similares.
La clasificacin y codificacin es el mtodo mas demandante y
clasifica las partes siguiendo un procedimiento cualitativo de sus
atributos. Generando al final un cdigo de identificacin por
partes.
El anlisis del flujo de la produccin (PFA) es un mtodo de
identificacin de familias de partes y grupos de mquinas asociadas.
El mtodo usa informacin contenida en las hojas de rutas de
produccin en vez de los diagramas de partes.
Estos mtodos se abordarn a mayor profundidad en sesiones
siguientes.
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Analice la forma de automatizacin y distribucion de materiales
en sistemas de manufactura que le
sean familiares o que encuentra en la red. Por ejemplo,
embotelladoras, fabricacin de roba,
medicina, dispositivos electrnicos, comida enlatada, etc.
Investigue la forma en que dos mquinas automticas pueden
trabajar en una sola estacin
de trabajo. Por ejemplo, un robot manipulador, una banda
transportadora y un proceso de
ensable hidrulico.
Actividades fuera de clase
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Analizar un proceso de manufacura de un dispositivo electrico
pequeo.
(Ver tarea No. 3 anexa en el blog del curso)
Tarea
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Conclusiones
En esta sesin hemos visto:
Lneas de produccin automtica
Mtodos automticos de transporte de materiales
Mtodos de ensamble automtico
Tecnologa de grupos
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Prxima sesin
Manufactura Celular
Aspectos cuantitativos de la manufactura
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