Unidad 5

SISTEMAS INTEGRADOS DE MANUFACTURA

5.1 FUNDAMENTOS Y CONCEPTOS BASICOS
La Necesidad de la Manufactura Integrados por Computadora

Los sistemas de manufactura flexible combinados con el ensamble automático
y la inspección por un lado y por el otro CAD/CAM, son los componentes básicos de la fábrica del futuro. La supervisión de esta fábrica, la cual se predice estará funcionando al final del siglo XX, será ejecutada por un sistema de manufactura integrado por computadora en el cual el flujo de la producción, desde su diseño conceptual hasta el producto terminado, será controlado y manejado completamente por computadora. Manufactura Integrada por computadora (CIM) es el termino usado para describir la automatización completa de la fabrica, con todos los procesos funcionando bajo el control de la computadora y únicamente información digital manteniéndolos a ellos juntos. En el CIM, la necesidad de papel es eliminada y por lo tanto también trabajos humanos. CIM es el ostentoso producto evolucionado de diseño y dibujo asistido por computadora y manufactura asistida por computadora (CADD/CAM). Según Koenig (1990) el progreso continuo en el mejoramiento de la productividad es fundamental para que una compañía se mantenga competitiva. Esta es otra forma de decir que se reducen los costos de operación; que se definen como costos de mano de obra directa, costos de materiales y costos generales. Un sistema de diseño y manufactura asistido por computadora, adecuadamente concebido, afecta a estas tres categorías de costos, y haciendo reducciones significativas posibles, da lugar a las mejoras en la productividad.

5.2 LÍNEAS DE TRANSFERENCIA

Una línea de flujo automatizada está compuesta de varias máquinas o estaciones de trabajo las cuales están conectadas por dispositivos que transfieren los componentes entre las estaciones según Groover (1990). La transferencia de componentes se da automáticamente y las estaciones de trabajo llevan a cabo automáticamente sus funciones específicas.

Objetivos de las líneas de transferencia.

1. Reducir el costo de mano de obra.
2. Incrementar la tasa de producción.
3. Reducir el inventario en proceso.
4. Minimizar el manejo de material.
5. Conseguir la especialización de las operaciones.
6. Conseguir la integración de las operaciones.




5.3 SISTEMAS DE MANUFACTURA DE MISIÓN VARIABLE

Los sistemas de Manufactura flexible pueden ser descritos como FMS dedicados o FMS de orden variable. Un FMS dedicado es usado para producir una variedad mucho mas limitada de configuraciones de parte. Las diferencias geométricas y el diseño del producto son considerados estables. Entonces, la secuencia de las maquinas es idéntica o casi idéntica para todas las partes procesadas en el sistema. Esto significa que una configuración de flujo en línea es generalmente mas apropiada y que el sistema puede ser diseñado con una cierta cantidad de especialización del proceso para hacer las operaciones mas eficientes. En vez de usar maquinas de propósito general, las maquinas pueden ser diseñadas para los procesos específicos requeridos para hacer familias de partes. Los FMS de orden variables es el tipo mas apropiado bajo las siguientes condiciones: las familias de partes son grandes, hay una variación sustancial en la configuración de la parte, habrá nuevos diseños de partes a producir y cambios de ingeniería, y la programación de la producción esta sujeta a cambios día a día. Para acomodar esas variaciones, los FMS de orden variable puede ser mas flexible que los
FMS dedicados. Estos son equipados con maquinas de propósito general para tratar con la variación en producto y es capaz de procesar partes en varias secuencia. Una computadora mas sofisticadas es requerida para un sistema de este tipo, según Groover (1990).

5.4 SISTEMAS CAD/CAM

Diseño Asistido por Computadora (CAD) significa usar la computadora como
asistente en el diseño de partes o sistemas. CAM significa Manufactura Asistida por Computadora, según Korem (1983). La combinación de CAD y CAM en el termino CDA/CAM simboliza el esfuerzo para integrar el diseño y la manufactura dentro de una actividad continua.

5.4.1 CAD (Computer Aided Design).

CAD puede ser definido como algunas actividades de diseño que involucra el
uso efectivo de la computadora para crear, modificar o documentar un diseño de ingeniería según Groover (1990). CAD es comúnmente asociado con el uso de un sistema gráfico computarizado interactivo, refiriéndose a un sistema CAD. Se trata de un proceso de diseño informatizado para la creación de nuevos artículos y para la modificación de los ya existentes.
El CAD puede dirigir los problemas centrales de manufactura según Hunt
(1989). Estas son algunas razones importantes para el uso del sistema CAD:
1. Incrementar la productividad del diseñador.- Este es acompañado por la ayuda del diseñador a conceptuar el producto y sus componentes. Esto ayuda a reducir el tiempo requerido por el diseñador para sintetizar, analizar y documentar el diseño.
2. Mejora la documentación del diseño.- Las gráficas de salida del sistema CAD resultan una mejor documentación del diseño como en dibujo práctico de manuales. Los dibujos de ingeniería son mejores y hay más estandarización en los dibujos, hay menos errores y gran legibilidad.
3. Mejora la calidad del diseño.- El uso de un sistema CAD con un equipo de computo adecuado y capacidades de paquetes permite al diseñador hacer un análisis de ingeniería más completo y considerar un número y variedad más grande y alternativas de diseño. La calidad del diseño resultante es por lo tanto mejor.

Aplicaciones de CAD.

Diseño Mecánico. La gran industria mecánica fue de las pioneras del CAD, varios de los paquetes de software de más amplia difusión tuvieron su origen en los desarrollosefectuados por las empresas aeronáuticas europeas y americanas.

La aplicación de CAD en el diseño mecánico ayuda a:
- Estudios de distribución de espacios (Lay out).
- Definición de formas exteriores.
- Estudio de estilo exterior e interior.
- Estudios ergonómicos.
- Maquetas.

Diseño Electrónico. Es la segunda aplicación del CAD en cuanto a volumen de
negocio en el mercado mundial. Por sus características es el tipo de diseño más fácil de automatizar, ya que utiliza una gran cantidad de símbolos y elementos repetitivos. Los dibujos son geométricamente muy sencillos, no precisa de superficies complejas ni modelos de tres dimensiones. El problema es que, por poco complejo que sea el circuito, la cantidad de elementos y conexiones es tan grande que es difícil de representar manualmente; prestándose a muchos errores, siendo muy laboriosa la introducción de modificaciones.


CAM (Computer-Aided Manufacturing).

La segunda etapa del ciclo de producción es la Ingeniería del proceso, que una vez definido el producto en la etapa de diseño; estudia y establece los medios,
máquinas-herramientas, los métodos y tiempos de fabricación según Ferre (1988). La computadora apoyada en software de simulación de maquinado, es una herramienta potente en manos del técnico, creándose el llamado CAM (Computer Aided Manufacturing), tecnología que incluye también la aplicación de la computadora al taller.
CAM se define como el uso efectivo de la tecnología de la computadora en la planeación y control de la función de la manufactura. El sistema CAM se emplea para el control directo de los equipos de proceso y/o transporte y manejo de materiales, o para apoyar indirectamente las operaciones de fabricación.
Se trata básicamente de sistemas que controlan las operaciones de las
máquinas herramientas en el taller.

Entre los beneficios de la aplicación del CAM se encuentra:
1. La posibilidad de utilizar casi por completo la mejor fiabilidad de las máquinas frente a la variabilidad humana
2. La mayor consistencia entre los distintos artículos fabricados y
3. Los ahorros de tiempo provocados por la menor necesidad de tiempo de operadores.

Aplicaciones de CAM

Las aplicaciones del CAM pueden ser divididas en dos grandes categorías las cuales representan dos diferentes niveles de envolvimiento de la computadora en las operaciones de la planta.:

1.- Planeación de la manufactura
2.- Control de la manufactura

La segunda aplicación de CAM concierne al desarrollo de sistemas computacionales para implementar la función de control de manufactura, que consiste en el manejo y control de las operaciones físicas en la fábrica. El control de procesos, control de calidad y monitoreo de procesos son incluidos aquí.



5.4 Sistemas CAD-CAM

Sin embargo en forma aislada, CAD/CAM es la única manera de integrar todas las funciones para minimizar el costo total de fabricación. Esto se hace mediante el uso de bases de datos comunes, de modo que se puede utilizar la misma información en diversas formas por parte de las diferentes funciones, eliminando la duplicidad de tareas y erradicando errores en el manejo y procesamiento de la información.

Aplicaciones CAD-CAM
Las aplicaciones de procesos controlados por computadora se pueden ver en
los sistemas de producción automatizados; y se incluyen líneas de transferencia,
sistemas de ensamble, control numérico, robótica, manejo de material y sistemas de manufactura flexible.

Dentro de las ventajas del CAD/CAM se pueden incluir:
__Reduce los costos de diseño.
__Reduce el costo de manufactura .
__Reduce el costo de la tarea de Ingeniería.
__El diseñador mejora el trabajo con el ambiente que CAD proporciona.
__Minimiza el retrabajo o reproceso.
__Incrementa la productividad CAD-CAM es principalmente un sistema de mejoramiento de la productividad, y esta es la razón por la cual es tan importante para la empresa según Koenig (1990).

5..5 SISTEMAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE

Los FMS según Korem (1993) proveen la eficiencia de la producción en masa para la producción en lotes pequeños. El término producción en lotes pequeños es aplicado para partes manufacturadas en un rango de varias unidades hasta un máximo de 50, la demanda anual de la parte es poca. Cuando existe baja demanda y una gran variedad de productos, un FMS puede hacer posible reducir los costos de producir partes en medianas y pequeñas cantidades.
Flexibilidad.- Es la habilidad de una entidad para desplegar y replegar sus recursos de forma eficaz y eficiente en respuesta a las condiciones cambiantes. Esta variabilidad del entorno puede adoptar las siguientes formas:
· En la demanda
· En el suministro
· En los productos
· En los procesos
· En el equipamiento y mano de obra

Componentes del FMS

La adecuada combinación del control por computadoras, las comunicaciones, el proceso de manufactura y el equipo pueden habilitar una sección en la planta orientada a aspectos de producción de una organización, para responder rápida y económicamente de una manera íntegra a cambios a cambios significativos en su operación. Se tienen tres componentes básicos del FMS según Greenwood (1988) y Groover (1990):

1. Estaciones de procesamiento. Las estaciones de trabajo son típicamente
computarizadas con un control numérico. Este sistema se diseño con otros equipos de procesamiento, incluyendo estaciones de inspección, ensamble y hojas metálicas.
Ejemplos:
__Máquinas herramientas y sus sistemas de control
__Estación de soldadura
__Estación de montaje y submontaje
2. Manejo de material y almacenamiento. Varios tipos de equipo son usados para transportar las partes trabajadas y ensambladas entre las estaciones de
procesamiento.
Ejemplos:
Manejo de material
Sistemas de vehículos guiados automáticamente
Horquillas para levantar carros
Almacenaje
Carga/Descarga
Almacenaje automático y sistemas de recuperación Racks
3. Sistema de control computarizado.
Este es usado para coordinar las actividades de las estaciones de procesamiento y el sistema de mano de obra.
Ejemplo: El sistema de
computación quien tiene la tarea de coordinar la tarea del equipo.

Los objetivos del FMS son:
1) Incremento de la utilización del equipo y capital.
2) Reduce al inventario en proceso y el tiempo de preparación.
3) Reduce substancialmente los tiempo de ciclo.
4) Reducción de inventario y pequeños lotes.
5) Reducción de fuerza de trabajo.
6) Facilidad para adaptarse rápidamente a los cambios de diseño.
7) Consistencia en la calidad.
8) Reducción del riesgo como resultado del fracaso de un producto
9) Control gerencial conciso.
10) Mejoramiento de la imagen en el mercado / credibilidad.
11) Reduce el requerimiento de espacio en el piso de producción.

Planeación de FMS

El adquirir e implementar un FMS representa una mayor inversión y compromiso por la compañía. Es importante que la instalación del sistema sea precedido por un completo procedimiento de planeación y diseño. Los factores a tomarse en cuenta son:
1. Volumen de trabajo producido por el sistema. Cantidad y tipo de material
2. Variaciones en la rutina del proceso. Secuencias, incremento en la variedad del producto, el ciclo y distribución.
3. Características físicas del trabajo de la parte. El tamaño y peso de la parte
4. Familia de partes definidas.
5. Requerimientos de mano de obra
6. Rango apropiado de volumen de producción de 5000 a 75000 partes por año.
7. Mínimo número de maquinaria
8. Tolerancia normal mínima de trabajo. +- 0.002
Aplicaciones de FMS. El termino FMS generalmente significa una automatización completa consistiendo de estaciones de trabajo, manejo de material y control por computadora automáticos.. El proceso o ensamble de equipo usado en FMS depende del tipo de trabajo
que completa el sistema. En un sistema diseñado para operaciones de maquinado, el principal uso es en maquinas CNC. Sin embargo el concepto de FMS esta siendo aplicado a otros procesos. La siguiente es una lista del tipo de maquinas usadas en estaciones FMS:
o Centros de maquinado
o Cargadores
o Módulos de Fresado
o Módulos de Torneado
o Estaciones de Ensamble
o Estaciones de Inspección
o Maquinas procesadoras de Hojas de Metal
o Estaciones de Forjado.


5.6 CIM ( Computer Integer Manufacturing)

Una situación que causa confusión, es determinar donde termina FMS y donde
comienza CIM. La diferencia básica entre FMS y CIM es que FMS representa un salto aproximándose a la automatización mientras que CIM representa la cima de la automatización según Greenwood (1988). FMS llegará a ser probablemente otro aspecto típico más de un sistema sofisticado de CIM. CIM es un sistema de manufactura computarizado que está formado por máquinas de control numérico y un sistema de manejo de materiales automatizado. CIM es la forma más moderna y más automatizada de la producción. Implica unir diferentes fases de la producción y crear un sistema totalmente integrado. Con todos los procesos funcionando bajo computadora e información digital. El término de FMS (Manufactura Flexible) algunas veces se utiliza como sinónimo de CIM. Actualmente el FMS es un tipo de CIM, diseñado para un rango intermedio de producción y flexibilidad moderada. El factor que ha adquirido CIM como meta es la implementación de la información digital para integrar la manufactura, diseñar y comprender asuntos y funciones.