INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME UNIDAD CULHUACAN TESINA “CELULA FLEXIBLE DE MANUFACTURA PARA LA FABRICACIÓN DE MUEBLES DE MADERA” QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO PRESENTAN: CASTREJON CARDENAS ERIC NOE CERVANTES ORTEGA JORGE CORRO FLORES DANIEL FLORES ROSALES JOSE LUIS LINARES CASTILLO FEDERICO ASESORES: ING. ISAIAS SANCHEZ CORTES ING. CARLOS SILVA HERNANDEZ AGRADECIMIENTO: ™ Con profundo respeto y admiración al I.P.N.
™ Con un enorme cariño y agradecimiento a nuestras familias, por su
amor y su apoyo incondicional, y por ser pieza clave en nuestros
logros personales y profesionales.
CASTREJON CARDENAS ERIC NOE
CERVANTES ORTEGA JORGE
CORRO FLORES DANIEL
FLORES ROSALES JOSE LUIS
LINARES CASTILLO FEDERICO INDICE CAPITULO 1 - PLANEACIÓN DEL PROBLEMA……………………….………….1
CAPITULO 2 - DETECCIÓN DE NECESIDADES………..…………………….…2
CAPITULO 3 - OBJETIVO DEL PROYECTO…..………………………………….4
CAPITULO 4 - PRODUCCIÓN A LA QUE SE LE REQUIERE
IMPLEMENTAR UNA CELULA FLEXIBLE
DE MANUFACTURA”……………………………………………….7
CAPITULO 5 - SISTEMAS QUE SE UTILIZA PARA AUTOMATIZAR
EL PROCESO DE MAQUINADO DE LAS CUBIERTAS….……11
CAPITULO 6 - CONTROL NUMERICO COMPUTARIZADO….....………..……16
CAPITULO 7 - USO DEL CNC……….……………………………………………..22
CAPITULO 8 - MASTER CAM…..…………………………………………………..25
CAPITULO 9 - DISEÑO DE LA CELULA FLEXIBLE DE
MANUFACTURA”…………………………………………………...30
CAPITULO 10 - CALCULO DE LA BANDA TRANSPORTADORA……………..41
CAPITULO 11 - PROGRAMA DE ALGUNAS CUBIERTAS
MASTER CAM APLICADOS A EQUIPOS CNC……………….49
CAPITULO 12 - HERRAMIENTAS UTILIZADAS PARA
EL MAQUINADO EN CNC…...……………………………………54
CAPITULO 13 - COSTOS………..…………………………………………………..70
CAPITULO 14 - CONCLUCIONES………..………………………………………...74
IPN‐ESIME 1‐ PLANEACION DEL PROBLEMA En los últimos tiempos, se ha visto claramente la fuerte influencia que tanto las innovaciones tecnológicas como también las nuevas estructuras industriales han ejercido sobre el mercado de las maquinas‐herramientas. En la actualidad se ve la necesidad, por parte de los fabricantes, de buscar constantemente ventajas competitivas que les permitan seguir operando de manera rentable y exitosa; a pesar de las fuertes presiones ejercidas por los cada vez más bajos precios ofertados por los competidores y los aumentos en los costos de operación. Esta meta solo se puede alcanzar racionalizando los sistemas de producción; es decir, es necesario emplear todas las reservas tecnológicas, económicas y estratégicas, que permitan la maximización de los recursos en las líneas de producción. Ya que desde hace algún tiempo es una realidad la creciente implementación de sistemas de producción automatizados y flexibles en la industria nacional. Uno de los nichos con mayor crecimiento y en el cual se enfoca nuestro estudio es el de las maquinas herramientas operadas por CNC. El maquinado de piezas producidas en grandes volúmenes se realiza ya desde decenios en máquinas automáticas, ya sea en tornos o en máquinas especiales transfer. Estas máquinas han alcanzado desde hace tiempo un grado tan elevado de automatización que incluyendo fases especiales de maquinado permiten que las piezas salgan totalmente acabadas de la máquina. En contraste, es típico encontrar que para volúmenes medianos de producción, por ejemplo, dentro del amplio campo de la industria metalúrgica, estas piezas se sigan produciendo en maquinas semiautomáticas e incluso, en algunos caso, en maquinas convencionales, para volúmenes de producción muy pequeños, provocando esto un alto costo de manufactura y un alto índice de ineficiencia en esas líneas de producción. Lo anterior sugiere planear por un cambio hacia la automatización. El cambio de estructura que esto implica, obliga cada día más a la industria productora de piezas, a pasar de la máquina automática o de la máquina convencional, a un nuevo modelo de máquina capaz de ofrecer al productor las ventajas de ambas; ventajas que permitan a una línea de producto seguir operando en forma competitiva en los mercados internacionales. La industria transformadora del metal tiene que aumentar su capacidad productiva sin perder precisión ni calidad de acabado, al mismo tiempo que satisface la demanda de los volúmenes de producción y de reducción de costos operativos. La relación de tiempo / ciclo de maquinado por pieza, así como la flexibilidad en una línea de producción, que le permita producir piezas afines pero no iguales (familias de piezas), aunado a la disminución de costos de operación y desperdicio, son factores fundamentales en el balance de una línea o celda de producción, de la cual se espera un alto grado de eficiencia al menor costo posible. Este criterio es el que nos ocupa en el desarrollo de nuestro proyecto. 1
IPN‐ESIME 2. ‐ DETECCIÒN DE NECESIDADES La década de los 80’s marcó un cambio de dirección en los procesos y sistemas de producción industrial, el enfoque ha pasado de estar centrados en el producto de una economía de escala a considerar el proceso como base de una producción en una economía de ámbito productivo y globalizado. El estudio de las variaciones de las características del entorno industrial revela la profundidad y amplitud del campo que se está desarrollando en el ámbito productivo y en todo tipo de industria hasta el punto en que los centros modernos de producción son totalmente distintos de los convencionales tanto en instalaciones como en objetivos que persiguen, organización y métodos de trabajo. El mercado se caracteriza por una disminución en su tasa de crecimiento, derivado de una diversificación del producto que busca adaptarse a las necesidades especificas de los clientes, típicamente una mayor exigencia en tiempos de entrega y altos índices de calidad; en una competencia de ámbito mundial. Los clientes son cada día más exigentes y basan sus decisiones de compra en elaborados estudios de rentabilidad y valor agregado sobre las distintas opciones que se les presentan. Los productos ofrecen cada día más y mejores prestaciones, una amplia gama de variantes para adaptarse a los gustos y necesidades de los clientes, una garantía de calidad con “cero defectos” y un ciclo de vida en su mayoría corto, debido a las constantes incorporaciones de nuevas y sofisticadas tecnologías. Los recursos necesarios para la producción (insumos, energéticos, de capital $ y humano), sufren un constante encarecimiento. Las nuevas tecnologías, especialmente la microelectrónica, automatización, técnicas de control, nuevos materiales e informática, incorporadas al proceso productivo, permiten nuevos enfoques y una solución a los retos actuales de la producción en serie. Las fábricas convencionales, diseñadas para producir en serie los grandes volúmenes de determinado producto se encuentran, por un lado con exceso de capacidad productiva por encima del nivel de demanda y por otro con la imposibilidad de atender las peticiones de variantes del producto, a un costo y en un tiempo razonables. El cumplimiento de los nuevos niveles de calidad que exige el cliente sólo pueden conseguirlo a unos costos muy elevados. Además no pueden reaccionar con la agilidad necesaria a las innovaciones del producto. Relativo a las exigencias de las áreas de mercadotecnia y ventas, listamos a continuación algunos de los cuestionamientos más típicos, que en muchos casos denotan frustración, derivada de la ineficiencia y la mala planeación en un sistema de producción. ¾ Porque no tenemos nunca en stock el producto solicitado. ¾ Nuestros tiempos de respuesta son demasiado largos. ¾ Nuestros costos no son competitivos. ¾ Porque no mejora la calidad de nuestro producto. ¾ Necesitamos un producto nuevo. ¾ No tenemos suficiente gama de variantes. 2
IPN‐ESIME ¾ Los problemas y costos de los servicios post ‐ venta son demasiado altos. Estas reflexiones son fruto de una realidad de mercado y se encuentran con los típicos comentarios de producción, consecuencia de la realidad de los métodos y equipos de fabricación. El resultado de esta divergencia mercado‐fabricación se traduce en unos excesos de stocks cada día más obsoletos, un equipo industrial infrautilizado, una reducción de los puestos de trabajo y, en consecuencia, una disminución de beneficios e incluso pérdidas en los libros empresariales. En una palabra: CRISIS. Y junto con esta palabra otra: RECONVERCIÓN, es decir, modificación de la política y estrategia industrial para adecuar el producto y flexibilizar la producción, adaptarse a las variaciones del mercado y los deseos del cliente y, al mismo tiempo, conseguirlo a unos costos competitivos. NECESIDADES BASICAS PARA LA COMPETITIVIDAD CON NUEVAS TECNOLOGIAS Productos con ciclo de vida corto Gran variedad de líneas de productos. Productos estandarizados. Demanda de calidad y fiabilidad. Productos de nueva tecnología. Nuevos usuarios y usos y mayor variedad de clientes. Menor fidelidad de los clientes. Clientes más sofisticados. Mundialización de la producción, la distribución, los mercados, la competencia y la innovación. 3
IPN‐ESIME 3. ‐ OBJETIVO DEL PROYECTO Con este proyecto queremos alcanzar los siguientes objetivos: ¾ Mejora de la calidad de los productos ¾ Ampliación de la gama de productos (flexibilidad en la línea de producción) ¾ Reducción de los plazos de suministro ¾ Mejora en el cumplimiento de los tiempos de entrega Figura 1.1 tabla de necesidades de la empresa Actualmente se han introducido sistemas de fabricación y montaje para los fines más diversos. La utilización de sistemas de automatización, como por ejemplo: 1.‐ Computadoras de gran velocidad y capacidad para el control de la producción. 2.‐ Sistemas de fabricación automatizados. 3.‐ Máquinas ‐ herramientas con control numérico. 4.‐ Robots industriales. 5.‐ Líneas de producción modular Que permitan incrementar la productividad, incluso cuando se fabrican lotes pequeños. 4
IPN‐ESIME En el pasado, las medidas encaminadas al incremento de la productividad se centraban casi exclusivamente en modernizar las técnicas de producción, mientras que la automatización se aplicaba en ámbitos parciales. Desde el punto de vista del proceso de fabricación, los sistemas automatizados habían sido hasta la fecha, una especie de islas de producción autónomas. Pero mediante estas soluciones aisladas los objetivos anteriores sólo podían alcanzarse parcialmente. Una automatización efectiva sugiere la acción coordinada de tres funciones primordiales: 1.‐ Mecanización 2.‐ Flujo de materias 3.‐ Flujo de información Y por tanto, que puedan encadenarse con facilidad los sistemas de automatización. En las modernas instalaciones, la “información se convierte en un factor de producción decisivo”. Para mejorar la flexibilidad de una empresa es necesario mejorar la calidad de la información de que se dispone, la cual deberá ser procesada además en mayores cantidades. Esto exige un cambio de sentido dirigido hacia el tratamiento integrado de los datos técnicos, y para ello es condición necesaria la existencia de un flujo continuo de información con cuya ayuda el tratamiento electrónico de datos se convierta en un sistema de información global. Por este motivo, después de haber desarrollado sistemas de automatización aislados, lo que se pretende es que los datos generados en cada uno de los sistemas sean también accesibles a otros ámbitos y sistemas. Por lo anterior, la técnica de la información orientada hacia el futuro no puede detenerse en el límite de las distintas islas o secciones automatizadas, sino que ha de proyectarse a un nivel superior. Al incluir todos los ámbitos de la empresa que participan en la producción, incluidos proveedores y clientes, la fábrica del futuro puede llegar a ser una realidad. Los objetivos fijados sólo pueden alcanzarse si la fábrica se explota de forma óptima en su conjunto, y no en secciones parciales. De la misma manera que el flujo de materiales y el flujo de energía se tratan en el ámbito de la producción de forma logística, actualmente se reconoce que también el flujo de información debe tratarse como un elemento logístico. En lugar del factor de producción “información” puede hablarse igualmente de una logística de la información, para la cual hacemos válidas las siguientes premisas: 1.‐ La información correcta 2.‐ En la cantidad y calidad adecuada a las necesidades 3.‐ En el momento preciso 4.‐ En el lugar adecuado La solución logística de la información exige que se desenmarañen las estructuras tradicionales y se creen ámbitos funcionales con interfaces claras, a fin de garantizar la transparencia de las funciones de la empresa necesarias para el tratamiento informático. 5
IPN‐ESIME La resolución de este problema logístico de información ha conducido al concepto del CIM, por sus siglas en Ingles ”Computer Integrated Manufacturing” o lo que es la “Manufactura Integrada por Computadora”. El cambio para llegar a esa solución no solamente exige desenmarañar las estructuras organizativas tradicionales, sino también superar barreras relativas al ámbito de la competencia. De ahí se puede deducir que la empresa ha de revisar sus estructuras internas orientadas hacia el desarrollo del ciclo de producción, prestar una nueva configuración a los contenidos del trabajo, definir con exactitud las interfaces de organización y, en caso necesario, reducirlas. La adaptación de la estructura organizativa de las empresas ya existentes a las necesidades futuras es un proceso que sólo puede hacerse escalonadamente. En los años venideros, el flujo integrado de información y la organización de desarrollo orientada al proceso tendrán la misma importancia que la rentabilidad del conjunto de la empresa que el propio proceso de producción. PROBLEMÁTICA A RESOLVER Anteriormente se tenía la manufactura de pocas piezas dominadas para el mercado nacional. El objetivo es tener s una gran variedad de piezas de diversos grados de dificultad y tiempos de entrega cortos. „ Apoyo en el desarrollo del proceso de manufactura: ¾ Herramientas. ¾ Dispositivos de sujeción. ¾ Programas. ¾ Materiales. ¾ Tratamientos térmicos ¾ Minimización de puestas a punto. „ Desarrollo de documentación apropiada. „ Capacitación ¾ Selección y control de herramientas. ¾ Diseño de dispositivos automáticos y herramentales. ¾ Técnicas de manufactura. ¾ Tratamientos térmicos. ¾ Materiales ¾ Programación CNC. ¾ Calidad. ¾ Control de producción. 6
IPN‐ESIME 4. ‐ PRODUCCIÓN A LA QUE SE LE QUIERE IMPLATR UNA CELULA FLEXIBLE DE MANUFACTURA Como hemos sotenido, el automatizar un proceso no es una misión fácil se requiere de un estudio amplio de los procesos actuales con que se elabora la producción actual. Tenemos la fortuna que en este momento nos encontremos laborando en la industria manufacturera por lo cual detectamos varios campos de aplicación de las tecnologías que este seminario de titulación nos proporciona con el complemento de otras técnicas de automatización para la industria manufacturera la tecnología que utilizaremos son sistemas CNC CAD‐CAM y un sistema CIM por lo que queremos aplicar estos sistemas en el desarrollo de una nueva línea de producción que se ha fusionado con otras líneas para hacer una gran línea que elimine costos de producción perdidas de materia prima y mayor alcance en el mercado de la industria de muebles. La empresa es Industrias Riviera líder en el diseño y fabricación de muebles para oficina esta empresa es 100% mexicana y se encuentra ubicada en la ciudad de México en la delegación Iztapalapa. Cuenta con más de 2500 obreros y con más de 700 empleados es toda su planta. Actualmente cuenta con varias líneas de sus productos pero nosotros nos enfocaremos solamente a las tres líneas más grandes que tienen. Estas líneas se fusionaron para hacer una sola línea de productos que cuente con una gama amplia de productos que gozan de una buena aceptacion en el mercado, su calidad es buena pero con defectos aun. Esta nueva línea se llama fusión, cuenta con más de 66 productos y a su vez cada producto cuenta con 8 o 9 modelos diferentes, estamos hablando de que son un poco más de 594 muebles diferentes que se pueden producir en una sola línea que es una de las más extensas que tiene esta empresa. Debido a este gran numero de productos la demanda de fabricación que tienen es extensa, por otro lado su sistemas de producción es casi manual, la mano del hombre interviene casi en todo el proceso y su grado de automatizacion es nulo. Es por este motivo que el proceso de fabricación es de alto costo y los desperdicios de materiales son demasiado grandes, los tiempos de entrega no son confiables y el proceso es muy lento en comparación con otras empresas que cuentan con sistemas de producción más modernos y automatizados. Creemos que la automatización es costosa, su plazo de amortizacion va de mediano a laro, dependiendo de su extension; pero es una inversión que de manera inmediata comenzara a producir sus beneficios, no solo aquellos que se describen el el capitulo 13 (costos) sino tambien en el poder tener más versatilidad de productos, inclusive más complejos, ademas de la mejora en los tiempos de entrega. Todo esto beneficiara al departamento de diseño que podrá diseñar múltiples modelos que podrán fabricar sin ningún contratiempo extendiendo asi las operaciones y penetracion de esta empresa en el mercado. 7
IPN‐ESIME ¿COMO ES EL PROCESO ACTUAL?
Recepción de
material
Corte primer pasó
Enchapado
Corte segundo
paso
Maquinado
Taladro múltiple
Pulido
Nota: Estos procesos son
únicamente para las cubiertas
de los escritorios en los
demás
componentes
los
procesos pueden variar un
poco.
Tren de barniz
Armado
8
IPN‐ESIME ¿QUE PRODUCTOS O COMPONENTES SE LE QUIERE AUTOMATIZAR SU
PROCESO?
Los productos que se quiere automatizar son los escritorios pero los componentes que más nos importan son las cubiertas ya que son los componentes más importantes del mueble y los de mayor dificultad por sus diferentes formas y maquinados que tienen. A continuación presentaremos los productos de la línea con los que trabajaremos en la implantación del CIM CUBIERTA TRICETA
CUBIERTA CON DECLIVE
CUBIERTA ESQUINERA 90º
CUBIERTA ELIPCE
CUBIERTA ELIPTICA
CUBIERTA CIRCULAR
CUBIERTA CIRCULAR
CUBIERTA RADIAL
CUBIERTA MANTARAYA
CUBIERTA CON DECLIVE
CUBIERTA RECTA CONCAVA
CUBIERTA COSTADOS CURVOS
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IPN‐ESIME REMATES
CUBIERTA RECTA CONVEXA
CUBIERTA TIPO ESCUDO
CUBIERTA TIPO ESCUDO
CUBIERTA TIPO HACHA
CUBIERTA RECTA CONCAVA
CUBIERTA LATERAL
CUBIERTA RADIAL TIPO BOTA
CUBIERTA RADIAL TIPO BOTA
CUBIERTA CON ALETA
CUBIERTA TIPO TRAPESIO
CUBIERTA CON DECLIVE LARGA
CUBIERTA CONTEMPORANEA
CUBIERTA CONTEMPORANEA
CUBIERTA TIPO GOTA
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IPN‐ESIME 5. ‐ SISTEMAS QUE SE UTILIZARA PARA AUTOMATIZAR EL PROCESO DE MAQUINADO DE LAS CUBIERTAS CELULAS FLEXIBLES DE MANUFACTURA ESTACION ROBOTICA DEL CIM DEL I.T.P. Las nuevas tecnologías y las exigencias del mercado han contribuido al desarrollo de los nuevos sistemas para la fabricación que intentan ofrecer mayor flexibilidad y eliminar la variabilidad en los procesos utilizando computadoras, sistemas inteligentes o expertos. La CIM es un sistema que tiene por objetivo ofrecer las ventajas del control extremo en los procesos y la flexibilidad para manejar los cambios. La definición de CIM es (por sus siglas en inglés Computer Integrated Manufacturing) Manufactura Integrada por Computadora. Es un sistema de información designado para la integración de funciones de ingeniería, producción y mercadotecnia en una empresa de manufactura bajo una estrategia redirección. El sistema CIM – 2000 es un sistema de enseñanza para uso didáctico el cual tiene como función principal el entrenamiento y adiestramiento, el concepto CIM. Este sistema CIM – 2000 del Instituto Tecnológico de Puebla se compone de estaciones que funcionan bajo diferentes principios de operación. Estas operaciones son de tipo modular y se integran al sistema mediante dispositivos electrónicos ( PLC, tarjetas I/O) para el control y monitores de las actividades de manufactura. 1.‐El sistema cuentas con las siguientes estaciones: 2.‐Estación de control 3.‐Neumática de suministro 4.‐Hidráulica de retiro 5.‐De procesos 6.‐Banda transportadora 7.‐Estación Robótica o FMS, constituido por: 8.‐Robot Mitsubishi 9.‐Fresadora CNC 10.‐Torno CNC 11.‐Mesa de inspección La estación FMS cuenta con dos computadoras, una para el envío y descarga de programas de la Unidad de Control del Robot Mitsubishi y de la máquina Fresadora CNC, que además es utilizada para la ejecución del software especializado para la 11
IPN‐ESIME inspección por visión y otra utilizada para el envío y descarga de programas al torno CNC. El robot Manipulador Mitsubishi se encarga de tomar materia prima de la banda transportadora y colocarla dentro de las máquinas para su procesamiento y posteriormente retirarlas y colocarla nuevamente en un vagón con Palet de la banda transportadora. El robot se mueve a lo largo de una guía que le permite tener acceso a cualquiera de las dos máquinas y a la mesa de inspección. En la foto 1 se muestra el robot Mitsubishi dentro de la estación robótica. ASPECTOS MECÀNICOS DE ROBÓTICA. La palabra robot proviene de la palabra checa ROBOTA, que significa ʺtrabajo obligatorioʺ y se utilizó por primera vez en la obra teatral de 1921 R.U.R. (Robots Universales de Rossum) por el novelista y dramaturgo checo Karel Capek. La R.I.A.(Robot Institute of America) define a un Robot industrial como: ʺ Un manipulador programable multifuncional diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales mediante movimientos programados variables para la realización de una variedad de tareas especificadasʺ. La robótica permite la sustitución casi completa del factor trabajo en las industrias, donde los cambios en la demanda de los productos y las innovaciones tecnológicas están forzando a transformaciones radicales en su organización. Los robots industriales surgen de la convergencia de las tecnologías del control automático, y en particular, del control de máquinas herramientas, de los manipuladores tele‐operados y de la aplicación de computadores en tiempo real. El desarrollo de sistemas de percepción en Robótica surge a partir de los progresos tecnológicos en sensores tales como los de visión, tacto e incluso audición. Sin embargo, la percepción involucra no sólo la captación de la información sensorial, sino también su tratamiento e interpretación. En la robótica subyace la idea de sustituir equipos capaces de automatizar operaciones concretas por máquinas de uso más general que pueden realizar distintas tareas. La resolución de este problema logístico de información ha conducido al concepto CIM “laboratorio integrado por computadora”. El cambio para llegar a esa solución no solamente exige desenmarañar las estructuras organizativas tradicionales, sino también superar barreras relativas al ámbito de la competencia. De ahí se puede deducir que la empresa ha de: ¾ Revisar sus estructuras internas orientadas hacia el desarrollo del ciclo de producción, ¾ Prestar una nueva configuración a los contenidos del trabajo, ¾ Definir con exactitud las interfaces de organización, y ¾ En caso necesario, reducirlas. 12
IPN‐ESIME La adaptación de la estructura organizativa de las empresas ya existentes a las necesidades futuras es un proceso que sólo puede hacerse escalonadamente. En los años venideros, el flujo integrado de información y la organización de desarrollo orientada al proceso tendrán la misma importancia que la rentabilidad del conjunto de la empresa que el propio proceso de producción. ¾ El CIM permite, por lo tanto, asegurar el futuro de la empresa. ¾ El concepto CIM es un planteamiento que señala hacia el futuro a fin de poder crear y ampliar de forma sistemática los actuales sistemas de automatización de la producción. ¾ CIM define la futura estructura de automatización de la producción a partir de datos comunes y homogéneos. ¾ CIM exige que se utilicen sistemas de automatización capaces de comunicarse entre sí, tales como controles de memoria programables, controles numéricos y computadoras con sistema de gestión de datos, redes de comunicación y sistemas de software, para poder asegurar un flujo continuo de información. ¾ CIM es, por tanto, un medio que permitirá convertir en una realidad los objetivos de la empresa. El éxito y la utilidad de CIM dependen en gran parte del nivel de armonización que se consiga entre las posibilidades del tratamiento de información asistido por computadora y las correspondientes estructuras organizativas. El mero planteamiento informático no conduce por sí solo al objetivo. Figura 1.2 pirámide de estrategias 13
IPN‐ESIME Las relaciones entre la organización, las técnicas de automatización y el tratamiento de la información deben considerarse en su conjunto y a nivel superior, sin perder de vista por ello las posibilidades y capacidades, así como tampoco los deseos de los empleados afectados. La figura 1.2, muestra que en una estructura CIM: ¾ La cadena fija los objetivos a largo plazo, ¾ Que es necesario que se produzca una simplificación de la organización y ¾ Que las nuevas técnicas han de integrarse en la estructura productiva existente. Las empresas han de ser conscientes de que sólo pueden conseguirse resultados útiles actuando escalonadamente. A la hora de justificar las inversiones necesarias es preciso realizar cálculos de rentabilidad que no han de verse limitados por la exigencia de conseguir resultados a corto plazo. Intentos de normalización El CIM exige utilizar una serie de componentes de automatización específicos que permitan resolver de forma óptima cada uno de los problemas. Pero muchas veces, si los usuarios no utilizan de forma consecuente el aspecto completo de productos CIM, del que sólo disponen pocas empresas. La integración de toda esta diversidad de componentes, condicionada en parte por los fabricantes, exige medidas de normalización a nivel superior, por ejemplo para el intercambio de datos. ¾ La normalización es necesaria para conseguir: ¾ Costos aceptables, ¾ Tiempos de planificación y puesta en marcha breves, ¾ Intercambio o complemento sencillo de componentes compatibles de diferentes fabricantes. Partiendo de estas consideraciones, hace ya varios años se acometieron las necesarias iniciativas hacia la normalización. Como ejemplo puede citarse la normalización de interfaces, a fin de crear una comunicación abierta. A medida que se conocían con mayor profundidad las estructuras CIM que se iban perfilando, se observó que también era necesario normalizar las estructuras funcionales a fin de lograr una arquitectura CIM abierta. 14
IPN‐ESIME ¾ La complejidad de estos problemas de normalización puede comprenderse si se analiza la estimación de costos realizada por el DIN (informe técnico 15). Según este documento, durante los próximos 7 años habrá que contar con un gasto aproximado de 1,200 millones de marcos en la República Federal Alemana para trabajos de normalización relacionados con el CIM. En tal sentido, que se han clasificado como preferentes los siguientes paquetes normativos: ¾ CAD ¾ Cadena de proceso CNC ¾ Control de la producción ¾ Tramitación de encargos ¾ Sistemas de ISO 9000 15
IPN‐ESIME 6. ‐ CONTROL NUMERIO COMPUTARIZADO (CNC) ¿Qué es el CNC? El CNC o control numérico computarizado tuvo su origen a principios de los años cincuenta en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en donde se automatizó por primera vez una gran fresadora. En esta época, las computadoras estaban en sus inicios y eran tan grandes que el espacio ocupado por la computadora era mayor que el de la máquina. Hoy día las computadoras son cada vez más pequeñas y económicas, con lo que el uso del CNC se ha extendido a todo tipo de maquinaria: tornos, fresadoras, rectificadoras, eletroerosionadoras, máquinas de coser, centrales de maquinado, etc. Primer Fresadora controlada por CNC El CNC se refiere al control numérico de máquinas, generalmente Máquinas de Herramientas. Normalmente este tipo de control se ejerce a través de un computador y la máquina está diseñada para obedecer o ejecutar las instrucciones de un programa determinado. En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual, una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina, gracias a esto, la maquina puede hacer movimientos que no se pueden lograr fácilmente de manera manual, como son las trayectorias radiales, elípticas, líneas diagonales y maquinado de superficies tridimensionales complejas. Las máquinas CNC son capaces de mover las herramientas al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles como se muestra en la imagen i (pag. 4). En una máquina CNC, una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola y con mínima intervención, la que se reduce al inicio y fin de la operación. Esto permite aprovechar mejor el tiempo de los operadores en una línea de producción, eficientando el proceso. 16
IPN‐ESIME El término ʺcontrol numéricoʺ se debe a que las órdenes dadas a la máquina son indicadas mediante códigos numéricos. Por ejemplo, para indicarle a la máquina que mueva la herramienta describiendo un cuadrado de 10 mm por lado se le darían los siguientes códigos: Esta rutina se ejecuta a través del siguiente proceso: ¾ Diseño y dibujo del componente a maquinar. ¾ Programación del controlador de la maquina. ¾ Transferencia de la información que hace la Interfase entre el computador y la maquina. ¾ Maquinado en herramientas CNC. ¾ Verificación del cumplimiento y la precisión del programa de maquinado. La interfase entre el programador y la MHCN (Maquina Herramienta de Control Numérico) se realiza a través de la interfase, la cual en su origen era una cinta perforada y codificada con la información del programa, y la cual área leída por la maquina. En la actualidad, esa interfase en un programa de computadora, y existen una gran variedad de lenguajes de programación para este fin. Características del CNC El uso de las MHCN provee muchas ventajas, entre las más notables tenemos: ¾ Mayor precisión y mejor nivel de calidad de los productos. 17
IPN‐ESIME ¾ Mayor uniformidad y consistencia en los productos producidos. ¾ Un operario puede operar varias máquinas a la vez. ¾ Fácil procesamiento de productos de apariencia complicada. ¾ Flexibilidad para producir variantes del diseño, diferentes modelos en un tiempo corto. ¾ Promueve un mejor control de calidad. ¾ Reducción en costos de inventario, traslado, etc. ¾ Es posible satisfacer pedidos urgentes. ¾ No se requieren operadores con experiencia, un buen entrenamiento es suficiente. ¾ Se reduce la fatiga del operador. ¾ Mayor seguridad en las labores. ¾ Reducción del tiempo de trabajo en corte por maquinaria. ¾ Fácil control de acuerdo con el programa de producción lo cual facilita la competencia en el mercado. ¾ Permite simular el proceso de corte a fin de verificar que este sea correcto. Sin embargo no todo son ventajas y entre las desventajas más importantes podemos citar: ¾ Alto costo de inversión en maquinaria. ¾ Falta de opciones o alternativas en caso de fallas. ¾ Es necesario programar en forma correcta la selección de las herramientas de corte y la secuencia de operación para un eficiente funcionamiento. Se requiere de personal calificado para la programación, salarios más altos. ¾ Típicamente acarrean una necesidad de disminución en la plantilla de operadores de maquinaria. ¾ Los costos de mantenimiento aumentan, ya que el sistema de control es más complicado y a veces delicado, y surge la necesidad de entrenar al personal de servicio y operación. ¾ Es necesario mantener un gran volumen de producción a fin de lograr una mayor eficiencia de la capacidad instalada. Arquitectura General de un Control Numérico. Podemos distinguir cuatro subconjuntos funcionales: ¾ Unidad de entrada – salida de datos. 18
IPN‐ESIME ¾ Unidad de memoria interna e interpretación de órdenes. ¾ Unidad de cálculo. ¾ Unidad de enlace con la máquina herramienta y servomecanismos. A manera de ejemplo, en la imagen ii (pags. 10 y 11) se muestra un diagrama funcional simplificado de un control numérico de contorneo de tres ejes. Unidad de Entrada y Salida de Datos La unidad entrada de datos sirve para introducir los programas de maquinado en el equipo de control numérico, utilizando un lenguaje inteligible para éste. En los sistemas antiguos se utilizaron para la introducción de datos sistemas tipo ficha (Data Module) o pre‐selectores (conmutadores rotativos codificados); los grandes inconvenientes que presentaron estos métodos, sobre todo en programas extensos, provocó su total eliminación. Posteriormente se utilizaba para dicho propósito la cinta perforada (de papel, mylar o aluminio), por lo que el lector de cinta se constituía en el órgano principal de entrada de datos. Esta cinta era previamente perforada utilizando un perforador de cinta o un teletipo. El número de agujeros máximo por cada carácter era de ocho (cinta de ocho canales). Además de estos agujeros, existía otro de menor tamaño, ubicado entre los canales 3 y 4 que permitía el arrastre de la cinta. Los primeros lectores de cinta fueron electromecánicos; los cuales utilizaban un sistema de agujas palpadoras que determinaban la existencia de agujeros o no en cada canal de la cinta, luego esto actuaba sobre un conmutador cuyos contactos se abrían o cerraban dependiendo de la existencia o no de dichos agujeros. Posteriormente se utilizaron lectores de cinta fotoeléctricos, los cuales permitían una velocidad de lectura de cinta muy superior. Los mismos constaban de células fotoeléctricas, fotodiodos o fototransistores como elementos sensores. Estos elementos sensibles a la luz, eran ubicados bajo cada canal de la cinta (incluso bajo el canal de arrastre). Una fuente luminosa se colocaba sobre la cinta, de tal forma que cada sensor producía una señal indicando la presencia de un agujero que sería amplificada y suministrada al equipo de control como datos de entrada. Otro medio que se utilizaba para la entrada de datos era el cassette, robusto y pequeño, era más fácil de utilizar, guardar y transportar que la cinta, siendo óptima su utilización en medios hostiles. Su capacidad variaba entra 1 y 5 Mb. Luego comenzó a utilizarse el diskette. Su característica más importante era la de tener acceso aleatorio, lo cual permitía acceder a cualquier parte del disco en menos de medio segundo. La velocidad de transferencia de datos variaba entre 250 y 500 Kb / s. Con la aparición del teclado como órgano de entrada de datos, se solucionó el problema de la modificación del programa, que no podía realizarse sino reemplazando en 19
IPN‐ESIME su totalidad la cinta perforada, además de una rápida edición de programas y una cómoda inserción y borrado de bloques, búsqueda de una dirección en memoria, etc. Unidad de Memoria Interna e Interpretación de Órdenes Tanto en los equipos de programación manual como en los de programación mixta (cinta perforada o cassette y teclado), la unidad de memoria interna almacenaba no sólo el programa sino también los datos máquina y las compensaciones (aceleración y desaceleración, compensaciones y correcciones de la herramienta, etc.). Son los llamados datos de puesta en operación. En las máquinas que poseían sólo cinta perforada como entrada de datos, se utilizaba memorias buffer. Luego, con el surgimiento del teclado y la necesidad de ampliar significativamente la memoria (debido a que se debía almacenar en la misma un programa completo de mecanizado) se comenzaron a utilizar memorias no volátiles (su información permanece almacenada aunque desaparezca la fuente de potencia del circuito, por ejemplo en el caso de un fallo en la red) de acceso aleatorio (denominadas RAM) del tipo CMOS. Además poseían una batería denominada tampón, generalmente de níquel–cadmio, que cumplían la función de guardar durante algunos días (al menos tres) todos los datos máquina en caso de fallo en la red de suministro de energía. Una vez almacenado el programa en memoria, inicia su lectura para su posterior ejecución. Los bloques se van leyendo secuenciadamente. En ellos se encuentra toda la información necesaria para la ejecución de una operación de maquinado. Unidad de Cálculo Una vez interpretado un bloque de información, esta unidad se encarga de crear el conjunto de órdenes que serán utilizadas para gobernar la máquina herramienta. Como ya se dijo, este bloque de información suministra los datos necesarios para la ejecución de una operación de maquinado. Por lo tanto, una vez el programa en memoria, se inicia su ejecución. El control lee un número de bloques necesario para la realización de un ciclo de trabajo. Estos bloques del programa son interpretados por el control, que identifica: la nueva cota a alcanzar (x, y, z del nuevo punto en el caso de un equipo de tres ejes), velocidad de avance con la que se realizará el trayecto, forma a realizar el trayecto, otras informaciones como compensación de herramientas, cambio de útil, rotación o no del mismo, sentido, refrigeración, etc.). La unidad de cálculo, de acuerdo con la nueva cota a alcanzar, calcula el camino a recorrer según los diversos ejes. 20
IPN‐ESIME Servomecanismos La función principal de un control numérico es gobernar los motores (servomotores) de una máquina herramienta, los cuales proveen un desplazamiento relativo entre la herramienta y la pieza situada sobre la mesa. Si consideramos un desplazamiento en un plano, será necesario accionar dos motores, en el espacio, tres motores, y así sucesivamente. En el caso de un control numérico punto a punto y par axial, las órdenes suministradas a cada uno de los motores no tienen ninguna relación entre sí; en cambio en un control numérico de contorneo, las órdenes deberán estar relacionadas según una ley bien definida. Para el control de los motores de la máquina herramienta se pueden utilizar dos tipos de servomecanismos, a lazo abierto y a lazo cerrado. En los de lazo abierto, las órdenes a los motores se envían a partir de la información suministrada por la unidad de cálculo, y el servomecanismo no recibe ninguna información ni de la posición real de la herramienta ni de su velocidad. No así en un sistema de lazo cerrado, donde las órdenes suministradas a los motores dependen a la vez de las informaciones enviadas por la unidad de cálculo y de las informaciones suministradas por un sistema de medidas de la posición real por medio de un captador de posición (generalmente un encoder), y uno de medida de la velocidad real (tacómetro), montados ambos sobre la máquina. El Factor Humano y las Máquinas operadas por CNC A continuación definiremos a groso modo el conocimiento y/o habilidades que debe poseer un operador CNC: ¾ El operador de CNC deberá tener conocimientos en geometría, álgebra y trigonometría. ¾ Deberá conocer sobre la selección y diseño de la herramienta de Corte. ¾ Dominar los métodos de sujeción. ¾ Uso de medidores y conocimientos de metrología. ¾ Interpretación de Planos. ¾ Conocimientos de la estructura de la máquina CNC. ¾ Conocimientos del proceso de transformación mecánica. ¾ Conocimientos de la programación CNC. ¾ Conocimientos del Mantenimiento y operación CNC. ¾ Conocimientos generales de programación y computadores personales. 21
IPN‐ESIME Existen algunos otros aspectos de tipo humano que se derivan de la utilización del control numérico; entre los que podemos mencionar: ¾ Una persona puede operar varias máquinas simultáneamente. ¾ Mejora el ambiente de trabajo. ¾ No se requiere de una gran experiencia. ¾ El programa tiene el control de los parámetros de corte. Todos estos aspectos pueden representar cambios culturales dentro del ambiente del taller; sin embargo si se es hábil la adaptación será bastante rápida. 7. – USO DEL CNC La decisión sobre el cuándo es necesario utilizar MHCN no es fácil ni tan clara de definir, las mas de las veces se resuelve con base a un análisis de costos de producción y rentabilidad; sin embargo en nuestros países subdesarrollados, muchas veces existe un factor inercial que impide a los empresarios realizar el salto tecnológico; en la medida que estas personas se motiven a acercarse a estas tecnologías surgirán múltiples alternativas financieras y de producción que contribuirán a mejorar el aspecto de rentabilidad de este tipo de inversión. Por otro lado una vez tomado este camino se dará una rápida transferencia tecnológica a nivel de las empresas incrementando el nivel técnico. Fenómenos como éstos no son raros, pues se dan muchas veces en nuestros países al nivel de consumidores. Este es el caso específico de lo que ocurre en Panamá. Somos consumidores de productos de alta tecnología y nos adaptamos rápidamente a los cambios que se dan en productos tales como: Equipos de Alta Fidelidad, Automóviles con inovaciones, Equipo de Comunicación y Computadores. Entonces, ¿Por qué ser escépticos? y pensar que no somos capaces de adaptar nuevas tecnologías productivas a nuestra experiencia empresarial. Veamos entonces como se decide la alternativa de usar o no CNC en términos de producción: ¾ Cuando se tienen altos volúmenes de producción. ¾ Cuando la frecuencia de producción de un mismo artículo no es muy alta. ¾ Cuando el grado de complejidad de los artículos producidos es alto. ¾ Cuando se realizan cambios en un artículo a fin de darle actualidad o brindar una variedad de modelos. ¾ Cuando es necesario un alto grado de precisión. 22
IPN‐ESIME 23
IPN‐ESIME Imagen ii La Unidad de Control Como primer paso para el diseño de cualquier equipo, surge la pregunta de quién controlará el proceso de la máquina herramienta; existen dispositivos de control en memorias que tienen la facilidad de programar y reprogramar, estos circuitos se les conocen como pic´s o memorias EPROM. Otro sistema de control que es mas moderno y de uso actual sería un PLC, por sus siglas en ingles de “Programable Logical Controler”, o lo que es lo mismo, controlador lógico programable; y que son los mismos que se utiliza para el control de diversos procesos y mecanismos en la industria. Para nuestro estudio vamos a utilizar un computador cualquiera, inclusive de desecho pues los requerimientos son mínimos, esto es con el fin de que se pueda obtener el ordenador con facilidad, y casi sin costo, con un simple lector de discos de 3 ½ es suficiente. El siguiente paso es identificar la conexión de salida; esta será por medio del puerto paralelo de la misma. A continuación se muestra el esquemático de identificación de dicho conector . 24
IPN‐ESIME Ámbito de Aplicación del Control Numérico Como ya se mencionó, las cuatro variables fundamentales que inciden en la bondad de un sistema automatizado son: productividad, rapidez, precisión y velocidad. De acuerdo con estas variables, vamos a analizar qué tipo de automatización es la más conveniente de acuerdo al número de piezas a fabricar. Series de fabricación: Grandes series: (mayor a 10.000 piezas) Esta producción está cubierta en la actualidad por las máquinas transfer, realizadas por varios automatismos trabajando simultáneamente en forma sincronizada. Series medias: (entre 50 y 10.000). Existen varios automatismos que cubren esta gama, entre ellos los copiadores y los controles numéricos. La utilización de estos automatismos dependerá de la precisión, flexibilidad y rapidez exigidas. El control numérico será especialmente interesante cuando las fabricaciones se mantengan en series comprendidas entre 5 y 1,000 piezas que deberán ser repetidas varias veces durante el año. Series pequeñas: (menores a 5 piezas) Para estas series, la utilización del control numérico suele no ser rentable, a no ser que la pieza sea lo suficientemente compleja como para justificarse su programación con ayuda de una computadora. Pero en general, para producciones menores a cinco piezas, el maquinado en máquinas convencionales resulta ser más económica. 8. – MASTER CAM 8.1 Sistemas de CAD / CAM / CAE & CIM Habiendo detallado en las bases del CNC y aplicaciones de las MHCN, es momento de hablar de los sistemas CAD /CAM /CAE & CIM, estos son la medula de los modernos sistemas tecnológicos de producción que muchas empresas emplean en la 25
IPN‐ESIME actualidad para la fabricación y ensamble de sus productos, la justificación se detalla a lo largo de este trabajo y se deriva de una serie de ventajas de costo, flexibilidad y competitivas que estos sistemas proveen. Un diagrama de flujo típico de producción en una línea automatizada con su sistema CAD‐CAM seria como el siguiente: El diseño y la fabricación de algún producto con ayuda del ordenador, comúnmente llamado CAD/CAM, es una tecnología que abarca varios campos y que para su explicación y entendimiento podría descomponerse como sigue: El diseño gráfico, el manejo de bases de datos para el diseño y la fabricación, control numérico de máquinas herramientas, robótica y visión computarizada. En cuanto al CAE, básicamente es un sistema que analiza de muy variadas formas, las propiedades y características de las piezas que posteriormente serán trasladadas al sistema CAM para su fabricación. 8.2 ‐ SISTEMAS CAD CAD, acrónimo por su nombre en ingles de “Computer Aided Design”, y significa Diseño Asistido por Computador. CAD en la actualidad, es una de las herramientas más utilizadas por profesionales de todas las ramas de la arquitectura, ingeniería y ciencias 26
IPN‐ESIME para el diseño en 2 y 3 dimensiones de muy variados componentes y elementos, así como la elaboración de sus dibujos y planos de especificaciones. Algunas de las principales ventajas que ofrecen los sistemas CAD comparado con los métodos convencionales de diseño son: mayor rapidez, al introducir comandos para las diferentes operaciones; mayor precisión, al utilizar el sistema de coordenadas y medidas de alta precisión; mayor facilidad de edición y derivación de propuestas de diseño alterno, mayor velocidad en la transferencia de la información y menores costos al reducir drásticamente las horas/diseñador utilizadas mediante el uso de librerías de diseño; además de una mayor limpieza y variedad de formatos de presentación y plateo. CAD permite a su vez, visualizar detalles del modelo, comprobar interferencias entre piezas, medir distancias, conocer masas, inercias y finalmente estandariza todos los diseños con la misma nomenclatura en el mundo. Programas de CAD de uso más común •
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Auto CAD Autodesk Inventor CATIA Pro/Engineer Microstation IntelliCAD Solid Edge Solid Works Unigraphics (UG) 8.3 ‐ SISTEMAS CAM CAM, acrónimo por su nombre en ingles de “Computer Aided Manufacturing” y significa Manufactura Asistida por Computador. CAM es un sistema por la cual a través del diseño obtenido por los sistemas CAD, genera programas de Control numérico para fabricar piezas. Los programas de control numérico son aquellos programas que dirigen el posicionamiento de herramientas y las acciones que habrá de ejecutar la maquinaria que empleamos, por ejemplo invertir el sentido horario de un torno. Es decir un sistema CAM será capaz de calcular la trayectoria correcta de la herramienta al maquinar piezas, como también la orientación a partir del modelo obtenido por los sistemas CAD. Una aplicación de uso común del CAM es en el proceso de Ingeniería Inversa, mediante el cual se obtienen piezas prototipo que sirven para verificar las características y propiedades de algún diseño, con la finalidad de que cuando se construya la herramienta para producción masiva, se habrán comprendido y corregido la mayoría de los defectos en el diseño original. Actualmente, en algunas disciplinas de la industria se opta por la definición y modelado de la superficie externa de la pieza, mientras aun se esta diseñando el interior o 27
IPN‐ESIME la contra superficie de la misma, y la que típicamente contiene los aditamentos de interfase con otros componentes así como el sistema de fijación o sujeción; esto permite la creación de variantes u opciones de producto, las que pueden ser fabricadas en una misma línea de producción, según las necesidades que vayan surgiendo. Algunas de las principales aportaciones de los sistemas CAM son: Mayor Habilidad en la fabricación de piezas complejas, gracias al control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las superficies tridimensionales necesarias en la fabricación de aviones y componentes automotrices. Mayor precisión y repetitividad, al operar mediante el método de coordenadas (se elimina en gran parte variación debida al error humano). Aumento en la productividad de las líneas de maquinado, ya que se eliminan tiempos muertos, operaciones sin valor desperdicio y reatrabajos. Reducción de la plantilla de personal. Mayor versatilidad en líneas o celdas flexibles, ya que permite producir variantes de un producto en la misma línea de producción con mínimos ajustes. 8.4 ‐ SISTEMAS CAE CAE, acrónimo por su nombre en ingles de “Computer Aided Engineering” que significa ingeniería asistida por computadora. El concepto de CAE, esta asociado a la concepción de un producto y su planeación en las etapas de investigación, desarrollo y validación de su diseño, previo a su herramentación y/o fabricación. Programas de análisis que permiten calcular y predecir con gran precisión el comportamiento y los potenciales modos de falla y áreas de oportunidad de nuestro diseño, en aspectos tan diversos e importantes como esfuerzos & deformaciones, resistencia al impacto, comportamiento bajo ciclos térmicos, vibraciones, disipación de energía, simulación de envejecimiento de material, pruebas de durabilidad, etc. Previo al análisis y en la preparación de los modelos matemáticos necesarios, usualmente se aplica el método de los elementos finitos (FEM), por su nombre en ingles “Finit Element Analysis”, siendo necesario partir de un diseño inclusive preliminar, el cual se fragmenta a mallar para convertirlo en una serie de pequeños bloques o elementos, los que serán examinados con las variantes e interfases que convengan al estudio, pudiendo incluso aislar ciertas zonas del diseño de ser necesario. Mediante este método, por ejemplo, se podrá determinar qué espesor de material es necesario para resistir cargas de impacto especificas, o bien conservando un espesor analizar el comportamiento de diferentes materiales con distinto límite de cadencia, etc. Otra aplicación importante de estos sistemas es en el diseño de moldes de inyección, que hacen la simulación del llenado del molde a partir de un diseño propuesto, y el análisis del gradiente de temperaturas durante el llenado del mismo. En el área automotriz es de gran utilidad al ser usado en el pronóstico de modos de acoplamiento, excitación y falla en sistemas sometidos a grandes vibraciones como lo es la columna de dirección. Los sistemas CAE nos proporcionan numerosas ventajas, entre las más importantes encontramos: Mejor planeación y validación de las propuestas de diseño en etapa conceptual o de desarrollo. Mayor rapidez y con un alto grado de precisión y 28
IPN‐ESIME confiabilidad en el análisis del comportamiento físico – mecánico de los elementos que componen un diseño. Elimina o al menos reduce la necesidad del uso de prototipos para la validación de un diseño, esto a su vez se traduce en ahorros de tiempo y dinero, al reducir el número de piezas necesarias para pruebas de laboratorio, además de que elimina el costoso método de prueba y error. Reduce los costos derivados de los cambios de diseño de último minuto, los que típicamente han de ser los más elevados en toda la etapa de producción y herramentacion. Todo lo anterior, sumado a algunos otros factores tecnológicos y de planeación humana, conlleva al aumento en los índices de productividad y competitividad en una línea de producción. 8.5 ‐ CIMs CIM, acrónimo por su nombre en ingles de “Computer Integrated Manufacturing” o lo que es lo mismo, la manufactura integrada por computadora, aprovecha plenamente el potencial de la tecnología descrita, al combinar una amplia gama de actividades asistidas por ordenador, que pueden incluir el control de existencias, el cálculo de costos de materiales así como el control total de cada proceso de producción. Esto ofrece una mayor flexibilidad al fabricante, permitiendo a la empresa responder con mayor agilidad a las demandas del mercado y al desarrollo de nuevos productos. 29
IPN‐ESIME 9. ‐ DISEÑO DE LA CELULA FLEXIBLE DE MANUFACTURA MAQUINARIA SELECCIONADA PARA EL PROCESO
La maquinaria que se ha seleccionado es para el proceso de producción de cubiertas de madera, el tipo de madera es MDF de 6, 12, 19 y 28mm: a) Prensa de platos
Prensa en frío: Para unir dos o más tableros cara con cara hasta alcanzar el espesor deseado plancha de prensado largo = 2700mm X ancho = 2100mm Prensa en caliente: Grande tren de enchapado: lar4go = 3660mm X ancho = 2600mm. Chica: largo = 2500mm X ancho = 2300mm b) Guillotina de corte
Para dimensiones de madera ancho máximo = 2790mm c) Perfiladora
Para el escuadrado de tableros Ancho mínimo de 289mm Ancho máximo de 2100mm d) Router de control numérico
Para los tableros MDF o aglomerado de formas rectas y orgánicas Plancha de corte largo = 2600mm X ancho = 1600mm e) Enchapadora de cantos
Para la aplicación de la chapa cinta natural o plástica. Ancho mínimo de 300mm Ancho máximo de 2440mm f) Prensa de membrana aplicación de PVC
Para aplicar PVC a tableros de MDF con plancha de temo‐formado largo: Presión calor y vacio = 3000 mm x ancho = 1300mm 30
IPN‐ESIME Presión, calor y agua = 3000 mm x ancho = 1500mm. g) Prensa membrana: aplicación de chapa natural
Para aplicar chapa de madera chapa natural a tableros de MDF mediante la utilización de
presión, calor y vació (termo-formado).
Plancha de termo-formado largo = 2700 mm X ancho = 1220.
h) Postformadora
Para aplicar LAP sobre los tableros rectos de aglomerado o MDF deberán tener uno o
dos cantos paralelos boleados.
Ancho mínimo de 300mm
Ancho máximo de 1250mm
DIAGRAMAS DE BLOQUES DEL LA RUTA DE PROCESO
DISEÑO DEL CIM UTILIZANDO MAQUINARIA QUE YA SE TIENE EN LA
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IPN‐ESIME PLANTA Y NUEVA MAQUINARIA SUJERIDA.
En este capítulo describiremos el diseño del CIM con fotos de la maquinaria que ya existe en la empresa y esta automatizada y es óptima para implantarla en un CIM. Destroce de material: En este proceso se le da el corte a los tableros parta sacar las cubiertas que se con la guillotina de corte y la sierra eléctrica Calibración de las cubiertas (corte primer paso)
En este proceso se calibran las cubiertas a las medidas que se desea considerando la chapa que aun no está colocada se corta 15mm mas grande de la medida final con ayuda de la perfiladora automática. 32
IPN‐ESIME Enchapado de trascara
En este proceso se pega la chapa en la trascara de la cubierta esto se hace primero porque en la cara se puede maquinar algún canto y la prensa no pegaría la chapa en la superficie por no ser recta la característica de esta prensa es que solo pega superficies rectas a una temperatura de 150º Entrada de material
Salida de material
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IPN‐ESIME Maquinado
En este proceso utilizamos un Router CNC que se controla con códigos G y códigos M FANUC marca SHODA la nueva propuesta es hacer los programas con ayuda del MASTER CAM para agilizar el proceso. Enchapado de cara
En este proceso se enchapa la cara de la cubierta con ayuda de la prensa membrana que se adhiere a cualquier superficie que no sea plana a una temperatura de 150º. 34
IPN‐ESIME Enchapado de contorno
En este proceso se enchapan el contorno de la cubierta
Entrada de material
Salida de material
Barrenado
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IPN‐ESIME Pulido
Este proceso es manual por lo que se propone utilizar un manipulador que realice esta operación de forma automática. 36
IPN‐ESIME DISEÑO DE LA CELULA
VISTA SUPERIOR
VSITA LATERAL
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IPN‐ESIME ESTACIONES DE TRABAJO
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IPN‐ESIME VISTA FINAL
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IPN‐ESIME ESQUEMA
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IPN‐ESIME 10. – CALCULO DE LA BANDA TRANSPORTADORA Rodillos Transportadores En el transporte de materiales, materias primas, minerales y en nuestro caso cubiertas para escritorio en material MDF; la herramienta más eficiente para el transporte es: por medio de bandas y rodillos transportadores, ya que estos elementos son de una gran sencillez de funcionamiento, que una vez instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecánicos y de mantenimiento. Las bandas y rodillos transportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones, cuya misión es la de recibir un producto de forma más o menos continua y regular para conducirlo a otro punto y de manera cuidadosa evitando maltratar el material a transportar. Son aparatos que funcionan solos, intercalados en las líneas de proceso y que no requieren generalmente de ningún operario que manipule directamente sobre ellos de forma continuada. Funcionamiento de rodillos Transportadores El sistema de rodillos funciona por medio de un motor de rotación; el cual por a través de cadenas, cintas u otro elemento transfiere esta energía a los diferentes rodillos, lo cual hace que el sistema opere de una manera eficiente haciendo rodar todos los rodillos a una misma revolución, lo cual hará giran a una misma velocidad todos los rodillos. Tomando en cuenta que ha: ¾ Cinta tiesa, trabajo inapropiado. ¾ Cinta flexible, trabajo apropiado. La mayoría de los transportadores son relativamente simples en diseño y bajos en tensión. Sin embargo, como los transportadores han pasado a ser más extensos, más complejos y han aumentado su tensión, la investigación se torna primordial para poder obtener ventajas industriales al momento de transportar nuestro producto. En las transmisiones por cadenas tenemos algunos inconvenientes como: ¾
Pueden ser un poco ruidosas. ¾ Requieren de una lubricación adecuada. ¾ Presentan cierta irregularidad del movimiento durante el funcionamiento de la transmisión. ¾ Requiere de una precisa alineación durante el montaje y un mantenimiento minucioso. 41
IPN‐ESIME Cadenas de Rodillos: las cadenas de rodillos son un medio altamente eficiente y versátil de transmisión mecánica. Hasta la fecha, en el campo de las aplicaciones industriales la cadena de rodillos ha sido la de mayor difusión entre la variedad disponible de cadenas de transmisión. Como característica de la resistencia mecánica de la cadena se utiliza la carga límite por rotura, cuya magnitud se determina mediante ensayos y pruebas en la fábrica constructora de cadenas y se reglamenta por las normas. Como parámetros geométricos principales de las cadenas de rodillos son identificados el paso y el ancho entre Accesorios Ruedas para cadenas de rodillos: la capacidad de trabajo de una transmisión por cadenas depende, en muy buena medida, de la calidad de las ruedas (sprockets) de la transmisión. La exactitud de fabricación de los dientes y su paso, el acabado de las superficies activas, el material empleado y el tratamiento térmico aplicado a los flancos de los dientes tienen una gran influencia en la durabilidad y CÁLCULO DEL ÁREA DEL MATERIAL A TRANSPORTAR. Siendo: = área del material (m2) = altura del material (m) = base del material (m) . CÁLCULO DE LA CINTA COMPLETAMENTE CARGADA. Siendo: = cinta completamente cargada (m3) = largo de la cinta (m) = área del material (m2) 42
IPN‐ESIME CÁLCULO DE LA VELOCIDAD NECESARIA. Para el cálculo de la velocidad necesaria, deberemos tener el dato de la capacidad volumétrica de nuestra cinta transportadora. Dato que por lo demás siempre es conocido ya que es la cantidad de material a descargar por hora. = número de veces que la cinta debe ser Siendo: cargada por hora. = capacidad (m3) = volumen total (m3) Ahora se calculará la velocidad en m/h. Siendo: = velocidad (m/h) = número de veces que la cinta debe ser cargada por hora. = largo de la cinta (m) Para efectos de cálculo la velocidad deberá ser trabajada en m/s, por lo tanto se realizará la conversión necesaria. . CÁLCULO DEL PESO A TRANSPORTAR. El cálculo del peso a transportar nos permitirá Obtener la capacidad que deberá transportar nuestra cinta en toneladas/hora. Siendo: = peso a transportar (ton/h) = peso específico material (Kg/m3) 43
IPN‐ESIME = capacidad volumétrica cinta por hora (m3/h) = coeficiente corrección de concavidad y sobrecarga. = coeficiente corrección de inclinación. Para el coeficiente Z1, es posible obtener su valor mediante el conocimiento del ángulo de sobrecarga dinámica del material a transportar. En cuanto al coeficiente Z2, su nombre claramente lo indica siendo éste, el valor angular de inclinación de la cinta transportadora. Cada banda o rodillo transportador posee sus propias características dependiendo del tipo de actividad, medio ambiente, espacio, necesidades y manejo de materiales serán diferentes incluso para empresas que pertenecen a un mismo ramo de la producción, siendo esta la principal razón por la cual cobran tanta importancia los criterios de selección. Existe un gran número de variables que nos permiten llegar a una escogencia exitosa de la banda o rodillo transportador requerida para un proceso determinado. Vulcanizado de perfiles: Para mejorar la capacidad de transporte, sobre todo con grandes inclinaciones se emplean perfiles transversales y bordes de contención. Vulcanizamos perfiles de distintos tipos, adaptando su disposición a las características del producto y transportador. Características: Longitud: Desarrollo total de la banda en metros. Indicando si va cerrada sin‐fin, grapada, empalme preparado o abierta. Tipo de banda: ‐ Lisa: para transporte horizontal o de poca inclinación. ‐ Nervada: para instalaciones de elevado ángulo de transporte. ‐ Rugosa: alto coeficiente de rozamiento para transporte horizontal y/o inclinado de productos manufacturados generalmente. Ancho de la banda en mm: En función del tipo existen unos anchos estandarizados. Son: ‐ LISA: 300‐400‐500‐600‐650‐700‐800‐1000‐1200 44
IPN‐ESIME ‐ NERVADA: 400‐500‐600‐650‐800 ‐ RUGOSA: Ancho máximo 1200 mm. Los rodillos transportadores poseen características como: ∙ Muy bajo coeficiente de fricción; ∙ Amortiguador de vibraciones; ∙ Alta resistencia a los impactos de carga; ∙ Sin necesidad de mantenimiento; ∙ Reducción de ruido debido al diseño único; ∙ Reducción de peso comparado a la competencia, por lo tanto se obtiene una gran reducción de la energía requerida para el arranque del transportador; ∙ Reducción de gastos operativos; ∙ Fabricados bajo normas estrictas de Ingeniería y tolerancias; ∙ Dinámicamente balanceado; ∙ Opciones de cilindros (recubrimientos) adaptados a sus condiciones específicas de uso; ∙ Eliminación de problemas de alineamientos; ∙ Capacidad de intercambiarse ‐ versatilidad.. ‐ Diferentes recubrimientos de rodillos EQUIPOS Y HERRAMIENTAS UTILIZADAS Las bandas y rodillos transportadores poseen las siguientes herramientas para poder funcionar óptimamente y con una buena eficiencia: Estructura soportante: la estructura soportante de una cinta transportadora está compuesta por perfiles tubulares o angulares, formando en algunos casos verdaderos puentes que se fijan a su vez, en soportes o torres estructurales apernadas o soldadas en una base sólida. Elementos deslizantes: son los elementos sobre los cuales se apoya la carga, ya sea en forma directa o indirecta, perteneciendo a estos los siguientes; Correa o banda: la correa o banda propiamente tal, que le da el nombre a éstos equipos, tendrá una gran variedad de características, y su elección dependerá en gran parte del 45
IPN‐ESIME material a transportar, velocidad, esfuerzo o tensión a la que sea sometida, capacidad de carga a transportar, etc. Elementos motrices: el elemento motriz de mayor uso en los transportadores es el del tipo eléctrico, variando sus características según la exigencia a la cual sea sometido. Además del motor, las poleas, los engranajes, el motorreductor, son otros de los elementos que componen el sistema motriz. Elementos tensores: es el elemento que permitirá mantener la tensión en la correa o banda, asegurando el buen funcionamiento del sistema. Tambor motriz y de retorno: la función de los tambores es funcionar como poleas, las que se ubicaran en el comienzo y fin de la cinta transportadora, para su selección se tomarán en cuenta factores como: potencia, velocidad, ancho de banda, entre otros. ‐Este sistema de transportación por su eficiencia es uno de los pilares de la industria por mucho de los factores que hemos mencionado lo cual hizo que muchos procesos productivos mejoraran. ‐ Las bandas y rodillos transportadores han aportado una gran parte en el desarrollo de la industria de mediana y a gran escala. ‐Este tipo de maquinaria también a hecho que la industria cree productos con una mayor calidad y a un corto periodo de tiempo. ‐Las bandas y rodillos transportadores han reducido los costos de producción en la industria. 46
IPN‐ESIME CONSIDERACIONES TECNICAS SECCION (A): Motorreductor ¾ Hp C.A. 1750 RPM Diámetro de flecha 1” 25 Rodillos de A.C. A‐304 C‐40 Ø 3” Distancia entre centros de rodillos 50 cm. Sprocket Doble de 1” paso 50 con Cadena 24 Sprockets Sencillo de 1” paso 50 con Cadena Chumacera SAF‐22‐517K‐1 NSK 26 Metros Banda de Neopreno 1/8” SECCION (B): Motorreductor ¾ Hp C.A. 1750 RPM Diámetro de flecha 1” 24 Rodillos de A.C. A‐304 C‐40 Ø 3” Distancia entre centros de rodillos 50 cm. Sprocket Doble de 1” paso 50 con Cadena 23 Sprockets Sencillo de 1” paso 50 con Cadena Chumacera SAF‐22‐517K‐1 NSK 25 Metros Banda de Neopreno 1/8” SECCION (C): Motorreductor ¾ Hp C.A. 1750 RPM Diámetro de flecha 1” 28 Rodillos de A.C. A‐304 C‐40 Ø 3” Distancia entre centros de rodillos 50 cm. Sprocket Doble de 1” paso 50 con Cadena 27 Sprockets Sencillo de 1” paso 50 con Cadena Chumacera SAF‐22‐517K‐1 NSK 29 Metros Banda de Neopreno 1/8” 47
IPN‐ESIME SECCION (D): Motorreductor ¾ Hp C.A. 1750 RPM Diámetro de flecha 1” 22 Rodillos de A.C. A‐304 C‐40 Ø 3” Distancia entre centros de rodillos 50 cm. Sprocket Doble de 1” paso 50 con Cadena 21 Sprockets Sencillo de 1” paso 50 con Cadena Chumacera SAF‐22‐517K‐1 NSK 23 Metros Banda de Neopreno 1/8” SECCION (E): Motorreductor ¾ Hp C.A. 1750 RPM Diámetro de flecha 1” 22 Rodillos de A.C. A‐304 C‐40 Ø 3” Distancia entre centros de rodillos 50 cm. Sprocket Doble de 1” paso 50 con Cadena 21 Sprockets Sencillo de 1” paso 50 con Cadena Chumacera SAF‐22‐517K‐1 NSK 23 Metros Banda de Neopreno 1/8” 48
IPN‐ESIME 11. – PROGRAMA DE ALGUNAS CUBIERTAS EN MASTER CAM APLICADOS A EQUIPOS CNC Programa para la cubierta Recta [BILLET X100 Y100 Z10 [TOOLDEF T1 D1.0 [STEP PUNTOS X Y O0001 P1 0 0 G21 P2 40 ‐10.78 G40 G80 G90 P3 80 0 M06 T1 P4 69.66 39.34 G00 X0 Y0 P5 40.66 69.34 G94 P6 10.35 39.34 G00Z20 P7 0 0 M03 S1800 G01 Z1.0 F400 G01 Z‐1.0 F200 G01 X0 Y0 CERO DE PROGRAMA G03 X40 Y‐10.78 R80 ESQUINA INFERIOR IZQUIERDA G03 X80 Y0 R80 X10, Y15 G03 X69.66 Y39.34 R80 G03 X40.66 Y69.34 R80 G03 X10.35 Y39.34 R80 G03 X0 Y0 R80 G00 Z20 M05 G91 G28 Z0 G91 G28 X0 Y0 G90 M30 CUBIERTA RECTA
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IPN‐ESIME Programa para la cubierta Recta [BILLET X100 Y60 Z10 [TOOLDEF T1 D1.0 [STEP PUNTOS X Y O0002 P1 0 0 G21 P2 15 0 G40 G80 G90 P3 20 5 M06 T1 P4 41.87 10.38 G00 X0 Y0 P5 68.55 2.6 G94 P6 71.27 2.6 G00 Z20 P7 86.16 29.65 M03 S1500 P8 80 41 G01 Z1.0 F400 P9 75 45.63 G01 Z‐1.0 F200 P10 0 45.63 G01 X0 Y0 P11 ‐5 40.63 G01 X15 Y0 P12 ‐5 5 G03 X20 Y5 R5 P13 0 0 G02 X41.87 Y10.38 R45.49 G02 X68.55 Y2.6 R45.49 G03 X71.27 Y2.6 R2 G03 X86.16 Y29.65 R43.66 G03 X80 Y41 R43.66 CERO DE PROGRAMA G03 X75 Y45.63 R5 ESQUINA INFERIOR IZQUIERDA G01 X0 Y45.63 X10, Y5 G03 X‐5 Y40.63 G01 X‐5 Y5 G03 X0 Y0 R5 G00 Z20 M05 G91 G28 Z0 G91 G28 X0 Y0 G90 M30 CUBIERTA RADIAL TIPO
50
IPN‐ESIME Programa para la cubierta Recta [BILLET X90 Y60 Z10 [TOOLDEF T1 D1.0 [STEP PUNTOS X Y O0003 P1 0 0 G21 P2 22 0 G40 G80 G90 P3 27 5 M06 T1 P4 57.63 7.8 G00 X0 Y0 P5 66.65 4.04 G94 P6 78.55 16.46 G00 Z20.0 P7 75.43 24.83 M03 S1200 P8 65 33.86 G01 Z1.0 F300 P9 32.5 43.49 G01 Z‐1.0 F200 P10 0 33.86 G01 X0 Y0 P11 0 0 G01 X22 Y0 P12 7.5 22.5 CUBIERTA CON
G02 X27 Y5 R5 P13 7.5 27.5 G01 X57.63 Y7.8 P14 5 27.5 G03 X66.65 Y4.04 R12.42 P15 5 22.5 G03 X78.55 Y16.46 R12.42 P16 7.5 22.5 G03 X75.43 Y24.83 R12.42 G03 X65 Y33.86 R59.63 G03 X32.5 Y43.49 R59.63 G03 X0 Y33.86 R59.63 G01 X0 Y0 CERO DE PROGRAMA G00 Z20.0 M05 ESQUINA INFERIOR IZQUIERDA G91 G28 Z0 X5, Y5 G91 G28 X0 Y0 G90 M01 G40 G80 G90 M06 T1 G00 X7.5 Y22.5 G00 Z2.0 G94 M03 S800 G01 Z1.0 F300 G01 Z‐1.0 F150 G01 X7.5 Y 22.5 G01 X7.5 Y27.5 G03 X5 Y27.5 R1.25 G01 X5 Y22.5 G03 X7.5 Y22.5 R1.25 G00 Z20 M05 51
IPN‐ESIME G91 G28 Z0 G91 G28 X0 Y0 G90 M30 Programa para la cubierta Recta [BILLET X80 Y50 Z20 [TOOLDEF T1 D1.0 [STEP PUNTOS X Y O0004 P1 1 1 G21 P2 24.29 10.13 G40 G80 G90 P3 49.34 1 M06 T1 P4 59.95 24.28 G00 X1 Y1 P5 29.86 40.5 G94 P6 19.225 40.5 G00 Z20.0 P7 ‐10.61 24.28 M03 S1200 P8 1 1 G01 Z1.0 F300 CUBIERTA TIPO
G01 Z‐1.0 F150 G01 X1 Y1 G02 X24.29 Y 10.13 R35.44 CER0 DE PROGRAMA G02 X49.34 Y 1 R35.44 ESQUINA INFERIOR IZQUIERDA G03 X59.95 Y24.28 R35.44 X 15, Y5 G01 X29.86 Y40.5 G02 X19.225 Y40.5 R7.16 G01 X‐10.61 Y24.28 G03 X1 Y1 R35.44 G00 Z20.0 M05 G91 G28 Z0 G91 G28 X0 Y0 G90 M30 52
IPN‐ESIME Programa para la cubierta Recta [BILLET X100 Y60 Z10 [TOOLDEF T1 D1.0 [STEP PUNTOS X Y O0005 P1 1 1 G21 P2 62 1 G40 G80 G90 P3 80 18 M06 T1 P4 62 36 G00 X0 Y0 P5 48.35 29.74 G94 P6 44.56 28 G00 Z20.0 P7 1 28 M03 S1500 P8 1 1 G01 Z1.0 F300 P9 7.5 11.5 G01 Z‐1.5 F200 P10 7.5 16.5 G01 X1 Y1 P11 5 16.5 G01 X62 Y1 P12 5 11.5 G03 X80 Y18 R18 P13 7.5 11.5 G03 X62 Y36 R18 G03 X48.35 Y29.74 R18 G02 X44.56 Y28 R5 G01 X1 Y28 G01 X1 Y1 CERO DE PROGRAMA G00 Z20.0 M05 ESQUINA INFERIOR IZQUIERDA G91 G28 Z0 X 10, Y10 G91 G28 X0Y0 G90 M01 G40 G80 G90 M06 T1 G00 X7.5 Y11.5 G94 M03 S800 G01 Z1.0 F300 G01 Z‐1.5 F200 G01 X7.5 Y11.5 G01 X7.5 Y16.5 G03 X5 Y16.5 R1.25 G01 X5 Y11.5 G03 X7.5 Y11.5 R1.25 G00 Z20.0 M05 G91 G28 Z0 G91 G28 X0 Y0 G90 M30 CUBIERTA TIPO
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IPN‐ESIME 12. - HERRAMIENTAS UTILIZADAS PARA EL MAQUINADO EN CNC
Cortadores para cantos radiales
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IPN‐ESIME 55
IPN‐ESIME 56
IPN‐ESIME ortadores para cantos rectos
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IPN‐ESIME Cortadores para maquinado de cajas
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IPN‐ESIME 59
IPN‐ESIME Cortadores para figuras
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IPN‐ESIME Cortadores de uso múltiples
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IPN‐ESIME 63
IPN‐ESIME 64
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IPN‐ESIME Ensamble de cortadores multifuncionales
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IPN‐ESIME 10. – COSTOS Como hemos sostenido durante el desarrollo de este proyecto, el ahorro en los costos de producción, que involucra el suministro de materia prima, manejo de producto en proceso, labor de ensamble y empaque principalmente, representa sin duda, la mayor ventaja / beneficio, derivada de la implementación de líneas de producción con maquinaria controlada por CNC o bien de Celdas o células flexibles de producción. Dicho beneficio tienen sustento si entendemos como se modifican los siguientes factores durante el proceso de produccion (por mencionar los mas importantes): Las horas / hombre utilizadas para realizar una operacion de maquinado se reducen drasticamente, en consecuencia, en muchas ocaciones se reducen las necesidades del recurso humano; en contraste, las horas / maquina usualmente se incrementan pero esto no necesariamente produce un incremento en el costo de produccion, ya que al final se balancea con el resto de los factores. Otro cambio importante viene dado por la reduccion en el numero de operaciones en la linea, como montaje y desmontaje del material y herramientas, al absorver las centrales de maquinado 2, 3 o mas operaciones que tipicamente se hacian una en cada maquina / herramienta. Esta centralizacion de operaciones en celdas de maquinado proporciona una eliminacion de operaciones secundarias, de alimentacion de material a las maquinas o de manejo y manipulacion de las piezas durante el proceso, aunado a los movimientos innecesarios que el operador muchas veces realiza inconcientemente. Un elemento mas que es eliminado o disminuido al maximo y que usalmente merma en los procesos de produccion es la eliminacion de los cuellos de botella en el proceso, la implementacion de celulas de produccion se traduce en un ahorro de espacio en piso de la planta, esta optimizacion del espacio permite una redistribucion de la linea con un mejor balance. En algunos proceso la labor de ensamble y embalaje representa una porcion considerable dentro del costo final del producto, sobre todo para ensambles complejos o de manejo delicado, este costo tambien se puede reducir al implementar un proceso automatizado. La calidad de los productos tambien se incrementa considerablemente al eliminar o reducir al maximo el error humano, este incremento en la calidad es bien reconocido por los clientes quienes ahora nos consideraran como una mejor opcion ante la competencia, produciendo beneficios en las ventas. 70
IPN‐ESIME A continuación se muestra un ejemplo del costo de producción y precio de venta de una cubierta tipo, de madera para escritorio manufacturada en la lie de producción actual con que cuanta Industrias Riviera. A continuacion se muestra un ejemplo del costo de produccion y A continuacion se muestra un ejemplo del costo de produccion y precio de venta 71
IPN‐ESIME de la misma cubierta tipo de madera para escritorio. Manufacturada en el CIM de produccion propuesto en nuestro proyecyo para Industrias Riviera. El contraste en costo justifica el proyecto. 72
IPN‐ESIME JUSTIFICACION DE LA INVERSIÓN A la hora de pensar en estrategias de inversión, se proponen ciertos principios que vale la pena considerar. Todas las herramientas sirven para elevar la competitividad de las empresas, aunque el concepto puede tener matices, en particular considerando la contribución de la manufactura a la empresa en su totalidad. ʺPensamos que se debe atender cuatro factores primordialmente: costo, calidad, disponibilidad y flexibilidad. Cuando hablamos de proyectos de automatización, sea que incluyan actuadores sencillos o robots sumamente complejos, sea que incorporen uno o varios niveles de la jerarquía informática, lo más importante es determinar si esa decisión hará que la línea de producción sea más competitivaʺ. Si un industrial piensa instalar uno o más PLC´s, la pregunta inicial es ¿para qué?. Una respuesta razonable es que en vez de 1,000 piezas, podrá producir 2,000. Pero, ¿tiene mercado para esa producción adicional?. Quizá en cambio, pueda unir el PLC y utilizar sus recursos para hacer otro producto e incursionar en nuevos mercados. Cualquier decisión para una inversión en sistemas tiene que estar fundamentada en prioridades de competitividad. En la actualidad la mayoría de las empresas ya no compiten por mercados locales, sino a nivel global, y muchas de ellas, sin importar su tamaño o ubicación pueden entrar en competencia con otras de cualquier lugar del mundo. Por lo mismo, tienen que tener su mismo nivel de avance en los aspectos esenciales. Para el concepto de manufactura sincronizada, el nivel intermedio en la jerarquía informática es justamente el que establece la relación entre los grados inferiores, llamados de ejecución y control, y los superiores, que típicamente comprenden gestión, planeación y administración. Esos niveles son a veces como dos mundos que actúan en tiempos diferentes. ʺUno está en el futuro, en el mediano y largo plazos, y el otro vive el presente, el tiempo real, lo que está sucediendo ahora mismo. La manufactura sincronizada busca embonar los universos de la planeación y la ejecución, Con frecuencia, el que produce desconoce o no toma en cuenta lo que está vendiendo, y a la inversa, el que vende está distanciado de la manufactura, Entonces tenemos inventarios con productos que no necesitamos, mientras en el mercado hay faltantes y no estamos cumpliendo con nuestros clientesʺ. También reconoce que sistematizar a nivel de la manufactura es mucho más complicado y laborioso que instalar un sistema en un área de oficinas, aunque también es más redituable en términos financieros y de competencia. ʺTener sistemas muy sofisticados en las oficinas o en el corporativo no necesariamente conduce a aumentar la calidad. En cambio, la misma se da cuando la mercancía se entrega a tiempo a los clientes. ¿Cuántos de los sistemas aseguran que se puede entregar a tiempo? Probablemente ninguno. En muchas ocasiones se trabaja entre jalones y empujones, porque nadie parece tener el control. Sin embargo, éste es fundamental para retener a un cliente y volverle a vender la siguiente ocasión. Si no se entrega a tiempo, es probable que haya otro proveedor que tome nuestro lugar. Seguramente que estos aspectos son más importantes que tener muchos colores en las computadorasʺ. 73
IPN‐ESIME 14. ‐ CONCLUCIONES Podemos concluir que es importante crear este tipo de proyectos para la automatización de las empresas nacionales y lograr que sean más competitivas en el mercado con otras empresas de otros países. El crear sistemas capaces de proporcionar bines y servicios los cuales satisfacen necesidades humanas, corresponden a la ingeniería. La importancia de estas obras de ingeniería no sólo se estima en función a la eficiencia técnica de los sistemas que crea, sino también en base a su eficiencia económica expresada en función de los costos incurridos y de los valores y beneficios alcanzados. En un gran paso el que se da al pasar de la producción manual casi en su totalidad a la producción automática la cual alcanza grandes beneficios como una mejor producción en todos los aspectos como son la calidad, tiempos de entrega reducción de costos y modernización de las planta. Sabemos que es una inversión fuerte lo que se hace para automatizar una empresa pero consideramos que vale la pena los resultados que esto trae necesitamos hacer el esfuerzo para alcanzar los niveles que otros países tienen, necesitamos ser competitivos para sacar el país adelante y pasar a ser una país más industrializado. Existen muchos sistemas de automatización pero podemos concluir que los sistemas CAD CAM, CNC y MASTER CAM que en este seminario se vio son base fundamental en las empresas metal‐mecánica pero no solo en este tipo de empresas sino también en empresas que se dedican a producciones grandes de transformación de materia prima. Nuestro proyecto está enfocado a la automatización de un producto que no es metálico pero está dentro de la industria manufacturera del país y esto demuestra la versatilidad de los sistemas CAD CAM aplicados a equipos de CNC sin olvidar otros sistemas de automatización con lo que se complementa una célula flexible de manufactura como es la electrónica, la neumática, el control, la robótica y algunos sistemas administrativos que son necesarios para controlar esta gran maquinaria que con esfuerzo se ha logrado. La mayoría de las veces que se emprende una tarea existen diversas alternativas para llevar a cabo. En sustitución de negocios o en la vida personal, la mayor parte de la información sobre cada alternativa puede expresarse cuantitativamente en función de ingresos y desembolso de dinero. Cuando se requiere de inversiones de capital para equipos materiales y mano de obra a fin de llevar a cabo dicha alternativa y se involucra algunas clase de actividad de ingeniería la formulación y evaluación de proyectos pueden utilizarse para ayudar a determinar cuál es la mejor de ellas. La formulación de estos proyectos se realiza aplicando un procedimiento técnico o sea un conjunto de relaciones científicas que se ponen en operación, con el fin de determinar tanto la eficiencia técnica como la eficiencia económica. Dichas soluciones al problema establecido sea factible. 74
IPN‐ESIME Producto final por el cual se automatizo la planta Este es uno de los modelos de escritorios donde la cubierta de maquinara con los sistemas CAD CAM en la célula flexible de manufactura. 75
IPN‐ESIME BIBLIOGRAFIA LIBRO PARA PRACTICA DEL CIM “IPN” José G. Torre Ortega ISBN edición 2003 FORMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE PROYECTOS DE INVERSIÓN Ing. Gabriela Fernández Luna, Ing. Vicente Mayagoitia Barragán Ing. Andrés Quintero. ISBN edición 1999 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL CYCLONE, INSTRUCTION OPERATION AND MANTENANCE MANUAL, DENFORD, USA, 1995. FUNDAMENTALS OF ROBOTICS, ANALYSIS & CONTROL, Robert J. Schilling, Pentrice Hall, México, 1990. INDUSTRIAL ROBOTICS INSTRUCTOR´S GUIDE, JUPITER, AMATROL, USA, 1994. INDUSTRIAL ROBOTS, APPLICATION EXPERIENCE INSTRUCTOR´S GUIDE, AN AMATROL ROBOTIC TRAINING PROGRAM, AMATROL, USA, 1995. Saïd M. Megahed, John Wiley & Sons, Londres, 1993. PROGRAMABLE ELECTRONIC CONTROLLER INSTRUTOR´S GUIDE, AMATROL, USA, 1995. ROBOT DYNAMICS AND CONTROLS, Mark W. Spong, M. Vidyasagar, John Wiley & Sons, Canadá, 1989. ROBOTICA,Control, detección, visión e inteligencia, K.S.FU, R.C. González, C.S.G., Lee, McGRAW‐HILL. México, 1998. ROBOTICA INDUSTRIAL, TECNOLOGIA, PROGRAMACIÓN Y APLICACIONES, Mikell P. Groover, Michell Weiss, Roger N. Nagel, Nicholas G. Odery, McGRAW‐HILL, México, 1990. ROBÓTICA, Una introducción, D. McCloy, D. M. J. Harris, Limusa, México 1993. REVISTA MANUFACTURA año 2006 Fundamentals of Robotic Mechanical Systems Theory, Methods and Algorithms Jorge Angeles Editorial Springer Fundamentos de Robótica A. Barrientos, L.F. Peñín C. Balaguer, R. Aracil. Editorial McGraw – Hill Robótica, Manipuladores y Robots Móviles Anibal Ollero Baturone Editorial Marcombo Robótica: Control, Detección, vision e inteligencia K.S. Fu, R.C. González, C.S.G. Lee Editorial McGraw‐Hill Computer Integrated Design and Manufacturing David D. Bedworth, Mark R. Henderson, Philip M. Wolfe Editorial McGraw‐Hill 76

Analista de Riesgos Operacionales

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SEP - CECyT 2

Procedimiento para Carga Mayor a la Minima

Presentación de PowerPoint - CECyT 3

Procedimiento Examen de Inglés - Ceprobi

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