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Análisis de los sistemas de manufactura Módulo l, Análisis de sistemas de…
Análisis de los sistemas de manufactura
Módulo l
Introducción a los modelos de sistemas de manufactura
¿Qué es manufactura?
Deriva del latín manus (mano) y factum (hecho)
Significa hecho a mano
es
Aplicación de procesos químicos o físicos
Altera las propiedades o apariencia de un material para fabricar y ensamblar productos
¿Qué es sistema?
Proviene del latín sistema
Es
Un conjunto de partes o elementos organizados y relacionados
Interactúan entre sí para lograr un objetivo
Reciben entradas que pueden ser datos, energía o materia del ambiente
Proveen salidas como información, energía o materia
¿Qué es sistema de manufactura?
Colección e integración de personas, máquinas, herramientas, sistemas de manejo de materiales y sistemas de información
Su objetivo es fabricar productos o servicios
Componentes
Maquinarias, herramentales, mecanismos de sujeción y otros dispositivos relacionados con las máquinas
Sistema para el manejo de materiales; un sistema de cómputo para coordinar y controlar los componentes del sistema y por último trabajadores para operar y administrar el sistema.
Tipos
Layout básicos
Layout por posición fija o por proyecto
Layout por proceso
Layout por producto
Layout híbridos
Layout celular (grupos tecnológicos
Celdas Flexibles de Manufactura (CFM)
Sistema flexible de manufactura
Líneas de ensamble manual
Consiste en estaciones de trabajo con una secuencia definida
Donde los trabajadores desarrollan tareas
Estaciones de ensamble
Es una locación designada para desempeñar un cierto tipo de trabajo
Deben estar diseñadas ergonómicamente
para
Evitar lesiones por acciones repetitivas que llevan a cabo los trabajadores
Debe tener una iluminación adecuada
Según la actividad que desempeñe el trabajador y contar con un control de la humedad y la temperatura
Deben contar con las herramientas y máquinas necesarias
para
llevar a cabo las tareas
Balanceo de líneas de ensamble COMSOAL
Consiste en asignar cargas de trabajo iguales a cada estación
obteniendo tiempos de ciclo uniformes
Se establecen asignando un número de tareas a cada estación
La heurística de COMSOAL
Propuesta por Arcus en 1966
Como método fácil de implementar para balancear líneas de ensamble
bajo la primicia de seleccionar aleatoriamente las tareas que no presentaran problemas de precedencia
Heurística de pesos posicional
Introducida por Helgeson and Birnie
Se da un valor en peso a cada tarea y prioridad a la tarea de mayor peso
Toma en cuenta el peso de cada tarea y las restricciones de su precedencia
Celdas de una sola estación
Pueden ser operadas manualmente por un operario o ser completamente automatizadas
pueden ser para realizar procesos o para operaciones de ensamble
Puede ser una máquina dedicada a la fabricación de un solo artículo
o una que fabrique diversos artículos con características similares
Estación manual
El operador controla la máquina, carga y descarga las piezas
máquinas típicas de esta celda son taladros, torno, fresas manuales, sierras cintas, entre otras
El tiempo de ciclo requiere la atención del trabajador constantemente a lo largo del ciclo de trabajo
Estación semiautomática
Las máquinas son controladas por alguna forma de programación
lo que puede permitir a este operario atender varias máquinas
Grupos tecnológicos y manufactura celular
Manufactura por lotes
se considera uno de los sistemas más comunes de fabricación
es importante llevarla a cabo lo más eficiente y productivo posible
Grupos tecnológicos
Son una filosofía de manufactura
en la cual partes similares son identificadas y acomodadas en un mismo grupo
para
tomar ventajas de estas similitudes en su diseño y fabricación
Objetivo
Dividir la totalidad de la planta en pequeñas entidades de máquinas llamadas celdas
Cada celda está dedicada a fabricar un set de partes específicos
Técnicas para su implementación
Codificación y clasificación.
Proceso de asignar símbolos con cierto significado a los diferentes elementos
Proceso de separar elementos en grupos basados en la existencia/ausencia de ciertas características
Análisis de flujo de producción.
Enfoque asociado a las familias de partes
Plantilla de grupos.
Manufactura celular
Es una aplicación de los grupos tecnológicos
Las máquinas con procesos similares son agrupadas en celdas
donde
Cada una está dedicada a la fabricación de una parte o una familia de partes
es
apropiada para volúmenes medios y variedades medias de producción
Objetivos
Acortar los tiempos de fabricación.
Reducir los inventarios de trabajos en proceso (WIP).
Mejorar la calidad.
Simplificar la programación de la producción.
Reducir tiempo de preparación de máquinas.
Disminuir los tiempos de traslados entre máquinas.
Sistemas flexibles de manufactura
Es la unión de varios grupos tecnológicos de manufactura celular
Las máquinas están interconectadas por sistemas automáticos de manejo de materiales
Operan en condiciones de alta flexibilidad
pueden producir dos o más productos con características similares en la misma planta de producción
puede cambiar de modelo con menor tiempo de preparación
Clasificación
De acuerdo con el número de máquinas
Estaciones de un sola máquina
Celdas flexibles de manufactura
Sistemas flexibles de manufactura
Criterios de flexibilidad
De acuerdo con el nivel de flexibilidad
Sistema dedicado
Sistema de orden aleatorio
Componentes de un sistema flexible de manufactura
Estaciones de trabajo
Sistema de almacenaje y manejo de materiales.
Sistemas de control por computadora.
Recurso humano para administrar y operar el sistema.
Aplicaciones y beneficios de un sistema flexible de manufactura
Procesos de remoción de materiales,
Procesos de prensado de metales, conformado y ensambles
Fresado y taladrado usando tecnología CNC
Beneficios
Incremento del tiempo de utilización de las máquinas
Requieren de menos máquinas en comparación con otros sistemas de manufactura.
Reducción de la cantidad de espacio requerido en la planta.
Mayor capacidad de respuesta a los cambios.
Reduce los inventarios.
Minimiza los tiempos muertos.
Disminuye los requerimientos de trabajo directo.
Incrementa la productividad.
Puede trabajar por largos periodos de tiempo sin la intervención de los empleados.
Análisis de sistemas de manufactura
Módulo ll
Control Numérico por Computadora
Proceso de fresado
es
Proceso multipunto en el cual el material es removido de la pieza de trabajo por una herramienta giratoria
Fresadora vertical
tiene
Usillo vertical y perpendicular a la superficie de trabajo
adecuada para
Fresados frontales, fresados terminales y fresados de contornos superficiales
Fresadora horizontal
tiene
Usillo esta horizontal y paralelo a la superficie de trabajo
adecuado para
Procesos de fresado periférico y fresados laterales
Operación de corte interrumpido
Características
Utiliza una herramienta de corte para producir una superficie maquinada.
Máquinas de fresado horizontales y verticales.
Remueve el material con la cara o la periferia de la herramienta.
Utiliza una gran variedad de herramientas.
La herramienta gira rápidamente y la pieza de trabajo se mueve relativamente a la herramienta o viceversa.
Los dientes en el extremo y en la periferia de la herramienta cortan el material.
Clasificación de los procesos de manufactura
Procesos de fundición
Procesos de deformación.
Trabajos en lamina
Plásticos
Procesos de unión
Procesos de remoción de material.
Proceso de torneado
es
Un proceso de remoción de material
Características
Produce superficies externas cilíndricas.
Rebaja el material del diámetro exterior mientras la pieza está en rotación.
Produce superficies planas en las operaciones de careado.
Utiliza herramientas de corte de un solo punto.
El movimiento de la herramienta de corte es paralelo al eje de rotación durante el torneado.
El movimiento de la herramienta de corte es perpendicular al eje de rotación durante el careado y ranurado.
Produce marcas finas helicoidales a lo largo de la superficie de trabajo.
La pieza tiene un movimiento giratorio.
La herramienta se desplaza radial y longitudinalmente.
es
Programación automática
Los movimientos mecánicos de una maquina son controladas por un programa.
contiene
Símbolos, números y letras del alfabeto
ordena
Movimientos relativos entre la herramienta y la pieza de trabajo
componentes básicos
Un programa en códigos G y M
es
Una lista secuencial de instrucciones
donde
Se le indica a la máquina paso a paso lo que debe realizar
Código G
Representan movimientos de la máquina como
Interpolaciones lineales
Interpolaciones circulares
Ciclos de taladrado
Ciclos de roscado
Interpretación de datos en milímetros o pulgadas
Código M
Conocidos como funciones auxiliares o misceláneas de la máquina
Funciones
Pausa en el programa
Abrir y cerrar la puesta
Encendido y apagado del refrigerante
Una unidad de control de máquina o MCU
La máquina
Cálculo de parámetros de maquinado
Parámetros
Las revoluciones por minuto
es
Número de vueltas o giros que dará el cortador en un minuto
es necesario
Conocer el diámetro del cortador
Conocer la velocidad de corte
Datos que proporciona el diseñador de la herramienta
La velocidad de corte
El avance por diente
El avance por revolución
Cantidad de material removido por unidad de tiempo
fórmula
Por minuto en milímetros o pulgadas
En centímetros cúbicos por minuto
El avance lineal o tasa de alimentación
es
Distancia que viaja linealmente el cortador por unidad de tiempo
Se puede expresar en mm/min o en plg/min
Avance por revolución (f)
Avance por diente (fz)
Tiempo de ciclo del maquinado
Maquinados periféricos
fórmula
Maquinados frontales
Caso A
Todo el cortador está en contacto con la pieza de trabajo
fórmula
1 more item...
Caso B
Sólo una parte del cortador de la herramienta está en contacto con la pieza de trabajo
fórmula
1 more item...
Herramentales y métodos de sujeción
Se almacenan en la máquina en un magazine o carrusel de herramientas
clasificación
Fresas cilíndricas periféricas
Angulares sin vástago
Fresas de disco
Fresas con vástago
Cilíndricas frontales sin vástago
Fresas madre
Materiales de las herramientas
varían según su aplicación
Aceros al carbono y de baja aleación
Aceros de alta velocidad (HSS, high speed steel)
recomendaciones
Formas especiales de herramienta
Baja Producción
Cermets
Carburos recubiertos
recomendaciones
Funciones de desbaste
Alta producción
Materiales cerámicos
recomendaciones
Alta Producción
Maquinados continuos
Maquinado de alta velocidad donde se generan altas temperaturas
De punta de diamante
recomendaciones
Superficies de alta calidad
Tolerancias finas
Materiales no ferrosos, no metálicos
Métodos de sujeción en centros de maquinados
Sistemas de sujeción de herramientas
Conos portaherramientas
Son un elemento de unión entre el husillo y la herramienta
Se fabrica en una sola pieza para otorgar mayor rigidez
tipos
Cono métrico ISO
Cono CAT
Cono tipo BT
Cono tipo HSK
Portapinzas (collet)
Portafresa tipo árbol o shell
Portabrocas, roscadores y mandrinos
Weldon y whistle notch
Hidráulico
De contracción térmica
Sistemas de sujeción de piezas
Diseñadas para posicionar y sujetar piezas de trabajo con firmeza
Son mecanizadas bajo diferentes especificaciones, dimensiones y tolerancias
Prensa de estación sencilla
Las prensas de estación doble
Sistemas dentados de sujeción
Códigos de programación G y M
introducción
Un programa de CNC consta de una lista secuencial de instrucciones que serán ejecutadas por la máquina
Conocidas como códigos de CNC
Códigos G
Conocidos como funciones preparatorias o de movimiento de la máquina
realizan
la mayoría de los movimientos de la máquina
para
producir el corte de materia
ejemplo
Códigos M
Son aquellas funciones auxiliares o misceláneas de la máquina
apoyan al movimiento de la herramienta
para
producir el corte en la pieza de trabajo
Ciclos de programación y llamado a subrutinas
Simplifican y acortan el tamaño de los programas
Combinan una gran cantidad de códigos de programación estándar
Simplifican las operaciones matemáticas
Optimizan las condiciones de corte
Reducen el tiempo de programación y el tiempo de maquinado
ejemplo
Programación y simulación
Pasos para programar manualmente una fresadora CNC
Simulación
objetivo
Detectar errores en la programación
Se pueden localizar códigos faltantes, error en la secuencia de operaciones, colisiones
Equipos que pueden ser programados por medio del código G&M
Fresadora
es
Una de las herramientas más utilizadas para el mecanizado de piezas
tiene
3 movimientos principales en los tres ejes coordenados (X, Y, Z)
Eje X e Y se mueven por medio de una mesa en la que se coloca la pieza a maquinar
Eje Z se mueve por medio de un cabezal
Torno
es
Otro de los equipos que es utilizado en los procesos de mecanizado
Equipo que permite el mecanizado de piezas por medio de revoluciones
Hace girar la pieza
Rectificadora
es
Una máquina herramienta en la que se pueden realizar mecanizados por abrasión
Realiza remociones de material relativamente pequeños
Máquina de corte
es
Capaz de cortar el material por distintos medios
Prensa
es
Una máquina que ejerce una presión que se utiliza para doblar o comprimir piezas
tiene
Herramentales que permiten dar una forma específica a la pieza
Brazo robótico
Están conformados por articulaciones y eslabones
Permiten tener movimientos traslacionales y rotacionales
Análisis de sistemas de manufactura
Módulo lll
Dibujo asistido por computadora i sistemas CAD
es
una actividad del proceso de diseño
involucra el uso efectivo de la computadora
para
crear, modificar, analizar o documentar el proceso del diseño ingenieril
beneficios
Incremento de la productividad en el diseño del producto.
Incremento de las formas geométricas en el diseño del producto.
Mejora la calidad del diseño del producto.
Mejora la documentación del diseño.
La creación de bases de datos en manufactura.
Se estandariza el diseño.
tipos
CAD analítico
Usa procedimientos analíticos para definir sus límites y acciones.
El dibujo o trazado permanece en la memoria de la computadora
CAD paramétrico
Usa parámetros para definir sus limites o acciones
La información visual es parte de la información disponible en el banco de datos
Sistemas CAD 2D y 3D
2D
Son sustitutos de un tablero de dibujo
La representación de los objetos en este tipo de dibujos es bidimensional
Ámbitos de aplicación
Realización de distribuciones en planta.
Diseño de circuitos eléctricos o electrónicos.
Sistemas hidráulicos y neumáticos.
Diseño y proyectos de líneas de montaje.
Proyectos de moldes.
3D
Posibilitan la definición de los objetos de forma espacial
ventajas
Posibilitan la visualización el modelo desde cualquier punto de vista.
Pueden crear de forma automática vistas 2D auxiliares y estándar fiables.
Pueden crear secciones y dibujos 2D.
Es posible eliminar las líneas ocultas y realizar un sombreado realista.
Comprobar interferencias y efectuar un análisis de ingeniería.
Añadir iluminación y crear un sombreado realista.
Desplazarse por el modelo.
Utilizar el modelo para crear una animación.
Extraer datos de fabricación.
Software de modelación CAD
NX (Siemens)
es
Paquete de software CAD /CAM /CAE desarrollado por la compañía Siemens PLM Software
Una solución integrada para el diseño de productos
Optimiza y agiliza el proceso de desarrollo de productos
para los ingenieros que necesitan ofrecer productos en entornos de colaboración
CATIA (Dassault Systemes)
es
Una aplicación de diseño gráfico en Ingeniería
Producida por Dassault Systemes (Francia)
Una solución para la Gestión del ciclo de vida del producto
Proporciona un conjunto integrado de aplicaciones de Diseño asistido por ordenador
SolidWorks (Dassault Systemes)
es
Una solución de diseño tridimensional
Integra un gran número de funciones avanzadas
para
Facilitar el modelado de piezas.
Crear grandes ensamblajes.
Generar planos.
característica
Capacidad de ser paramétrico, variacional y asociativo
CREO (PTC)
es
Producto diseño, fabricación e ingeniería asistida por computadora de PTC
Un software de diseño paramétrico
Manufactura asistida por computadora (CAM)
es
Uso eficiente de la computadora para la planeación y programación de máquinas
Control del proceso de fabricación
Sistemas CAM
Son todos aquellos procesos de manufactura
Son soportados por procesos de cómputo
Auxilian a la programación de las máquinas y controlan sus procesos
categorías
Planeación de la manufactura
Los procesos de cómputo son utilizados indirectamente para apoyar el proceso de producción
Control de la manufactura
Administra físicamente las operaciones de la empresa
Clasificación
Maquinados en 2D
Son utilizados por torno
Se tiene dos ejes coordenados que trabajan simultáneamente para maquinar las piezas
Maquinados en 2.5D
Son aplicados en fresadoras
Dos (X,Y) ejes trabajan simultáneamente y un tercer eje(Z) queda estático
Maquinados en 3D
Son empleados por fresadoras
Los tres ejes XYZ trabajan simultáneamente para producir una superficie
Maquinados en 4D
Son realizados por torno-fresadoras
Utilizan 3 ejes lineales (XYZ) que trabajan al mismo tiempo,
incorporan un 4 eje que es rotacional
Maquinados en 5D
Son fresadoras con tres ejes lineales (XYZ)
Incorporan una prensa con dos ejes rotacionales (A,B)
Sistemas CAD/CAM
son
Tecnología utilizada para automatizar el diseño y la manufactura de un producto
Utiliza recursos computacionales para acelerar y optimizar ambos procesos
CAD
Utiliza una computadora para realizar las funciones del diseño del producto
CAM
Utiliza los procesos de cómputo para las funciones de manufactura
la combinación de ambas tecnologías en un mismo proceso habilita:
Reaccionar de forma más rápida antes posibles errores en el diseño o la manufactura
Reduce los tiempos del ciclo de desarrollo del producto
Minimiza los costos del diseño
Asegura un proceso de manufactura eficiente con el mínimo de desperdicio de los recursos
Su importancia para la manufactura avanzada
Permiten realizar la manufactura de los productos en menor tiempo y sin incrementar los costos.
Permiten la manufactura de componentes de geometrías complejas y la disminución dramática del tiempo de generación de los programas de CNC.
Permiten la evaluación del diseño y la manufactura de un producto de manera integral y con retroalimentación constante
Permite realizar los programas sin interrumpir la máquina
Aumentar el rendimiento de la máquina y la calidad de las piezas mecanizadas
Software de integración
Diseñados específicamente para realizar operaciones CAD/CAM
MasterCam
BobCAD-CAM
WORKNC
EdgeCAM
Softwares de mayor capacidad
Además de integrar módulos de CAD/CAM, administran otra información como el PLM
NX
CREO
CATIA
Programación de sistemas CAD/CAM
ventajas
Simulará el proceso de manera virtual para verificar la forma y acabados de la pieza.
Estará en posibilidad de programar en 2.5 y 3 dimensiones.
Aumenta la complejidad de las piezas a maquinar.
Toma en cuenta el método de sujeción evitando posibles colisiones.
Evalúa los herramentales necesarios para fabricar la pieza.
Incrementa la flexibilidad de las formas geométricas a maquinar.
Reduce los errores en la programación.
Disminuye el tiempo invertido para la programación.
Módulos principales
CAD
Su función es modelar los componentes del maquinado
CAM
Donde se procederá a generar la programación de la máquina-herramienta
Maquinados en CAM
Maquinados en 2.5D
Son aquellos en que la herramienta sólo utiliza dos ejes trabajando simultáneamente
El tercer eje queda sin movimiento
pasos:
Ingeniería asistida por computadora (CAE)
Tiene como fin
Analizar la funcionalidad, rentabilidad o vialidad de un modelo
Requiere del uso de sistemas informáticos
Para simular las propiedades y características de un diseño ingenieril
Con el fin de analizarlo, optimizarlo y validarlo
beneficios
Reducción de costes y el tiempo de desarrollo del producto
Mejora la calidad, durabilidad y precisión del mismo
Identificación temprana de los errores o el rendimiento
aplicaciones
Desarrollo de nuevos productos y empaques.
Elaboración de prototipos.
Determinar la viabilidad mecánica de los diseños.
Ingeniería inversa.
Reducir el ciclo de desarrollo, mejorar la calidad y las propiedades deseadas.
Optimizar los diseños desde el punto de vista estructural.
Automatización del diseño del producto
Ciclo de desarrollo del producto
Detección de la necesidad
Diseño conceptual
Análisis de modo y efectos de fallas (AMEF)
Diseño del proceso
Fabricación
etapas
Síntesis
Se enfoca a la manufactura
Usa principios de diseño para manufactura (DFM) y diseño para ensamble (DFA)
Enriquece el producto adicionando detalles y reconfigurando el diseño del producto
Análisis
Realizan pruebas virtuales al producto
Simula las condiciones de uso a las que estará expuesto
Se utilizan las técnicas de análisis de elementos finitos (FEA) y análisis de propiedades de masa (MPA)
Evaluación
Se realizan prototipos de los diseños
Se pueden hacer diversos tipos de pruebas
como
Interferencias, cosméticos y ergonómicos.
Análisis de elementos finitos
es
Método computarizado que descompone un objeto en miles o cientos de miles de elementos
Software para hacer análisis de elementos finitos
