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Automatización de Sistemas de Producción

1º Ingeniero en Automática y Elec. Industrial5º Ingeniero Industrial

Fabio Gómez-Estern. Depto. De Ingeniería de Sistemas y AutomáticaEscuela Superior de Ingenieros de Sevilla. Curso 2004-2005

Transparencias de la Asignatura

Automatización de Sistemas de Producción. Fabio Gómez-Estern Diapositiva 2

Tema 1: IntroducciónIndice de contenidos

� Definición de Automatización� Tipos de sistemas de producción

� Tasas de Produción, Variabilidad de la produción� Tipos de producción según la tasa� Sistemas de apoyo a la producción

� Automatización en sistemas de producción� Tipos de sistemas automáticos de fabricación

� Autom. Fija, programable y Flexible: característica� Comparación

� Automatización del sistema de apoyo� Razones para la automatización y la mano de obra� Principio ESA de automatización. Estrategias� Plan de migración hacia un sistema automático� Conceptos cuantitativos

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Definición de Automatización

� Definición de Automatización:� Tecnologías asociadas con la aplicación de sistemas de tipo mecánico,

electrónico y basado en ordenador, a la operación y control de la producción

� Tecnologías involucradas:� Máquinas herramientas para el procesado de piezas� Máquinas de ensamblaje� Robots industriales� Sistemas de movimiento y almacenaje automático del material� Sistemas de inspección para control de calidad� Sistemas realimentados y control por computador� Sistemas basados en ordenaedor para planificación, adquisición de datos y

soporte para la toma de decisiones


Sistemas de producción� Se clasifican en:

� Partes discretas� Flujo de material

� Se dividen en dos partes� Infraestructuras

� Planta� Maquinaria de producción� Maquinaria de mecanizado� Equipamiento de Inspección� Ordenadores que controlan el proceso� Distribución en planta: Agrupaciones Lógicas

� Celda única, Línea, clusters…

� Sistemas de apoyo a la fabricación� Tasas de producción

� Baja: 1 a 100 uds/año� Media: 100 a 10000 uds/año� Alta 10000 uds/año a millones

� Variabilidad de la producción: diferencias en estilo, función, forma. Número de variaciones al año. � Variaciones “duras” o “blandas”, según el número de componentes en común

entre las variantes

¡ FuerteCorrelación!

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Sistemas de producción: Infraestructuras

� Tasas de producción� Baja: 1 a 100 uds/año� Media: 100 a 10000 uds/año� Alta 10000 uds/año a millones

� Variabilidad de la producción: diferencias en estilo, función, forma. Número de variaciones al año. � Variaciones “duras” o “blandas”, según el número de

componentes en común entre las variantes

¡ FuerteCorrelación!


Sistemas de producción: InfraestructurasProducción en baja escala

� De 1 a 100 unidades/año� Tipo de fábrica: Job Shop

� Baja tasa de producción, incluso menos de 1 al año� Producto especializado y a medida� Producto complejo

� Barcos, aviones, cápsulas espaciales, maquinaria especial

� Puede incluir la fabricación de componentes� Equipamiento de propósito general� Personal de alta cualificación

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� Criterios de diseño de un Job Shop� Máxima flexibilidad para una variabilidad dura� Si el producto es grande y pesado:

� Distribución fija:� Objeto fijo (al final o durante todo el proceso) y � maquinaria móvil dispuesta en torno al objeto

� Los componentes intermedios se fabrican en plantas con distribución orientada al proceso



� Criterios de diseño de un Job Shop� Máxima flexibilidad para una variabilidad dura� Si el producto es grande y pesado Distribución fija:

� Objeto fijo (al final o durante todo el proceso) y � maquinaria móvil dispuesta en torno al objeto

� Los componentes se fabrican en plantas con Distribución orientada al proceso� Tornos en una zona, soldadura en otra…� Lotes. Ruta determinada por Secuencia de Procesado� Flexible� No altamente eficiente� Uso intensivo Dispositivos de almacenaje y transporte� Inventario “en proceso” alto

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Fija (Job Shop) Orientada al proceso

En celdas Orientada al producto

Sistemas de producción: Infraestructuras

Algunas distribuciones de planta


� 100- 10000 unidades al año� Según variabilidad:

� DURA� Lotes de 1 producto� Tiempo de preparación para el cambio: changeover time� Productividad Lote > demanda (Permite cambiar)� Gestión de Stocks� Distribución típica: Orientada a proceso

� BLANDA: � Changeover pequeño� Grupos de piezas similares se hacen en el mismo equipo sin

cambios� Ensamblaje y procesado en celdas consistentes en varias

máquinas� Cada celda se especializa en un rango de variabilidad de las

piezas → Cell manufacturing. � Group Technology

Sistemas de producción: InfraestructurasProducción en cantidades medias

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� >10000 unidades al año. “Producción en masa”� Alta demanda� 2 Categorías:

� Cantidad (Piezas sencillas)� Uso de máquinaria estándar + � Equipamiento especial (matrices, equip. De movimiento del material)� DISTRIBUCIÓN ORIENTADA A PROCESO

� Flujo (ej. Automóviles)� Múltiples estaciones organizadas en secuencia� El producto avanza a lo largo de la secuencia� Maquinarias y trabajadores especializados� Situación de estaciones para maximizar eficacia D.O. a PRODUCTO� Cintas transportadoras� En cada estación, procesado sencillo, pero rápido� Según variedad

� Línea de prod. De modelo único� Línea de prod. De modelo mixo

Sistemas de producción: InfraestructurasProducción en cantidades grandes


Tasas de producción - Comparación

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Sistemas de apoyo a la producción

� Conjunto de sistemas y procedimientos que afectan de manera indirecta a la producción con el fin de operar la infraestructura eficientemente.

� Ejemplos: Diseño de procesos y equipos, Planificación y control de los pedidos y el stock, Control de calidad, Herramientas SAP,

� Involucra un ciclo de actividades de proceso de información

1. Tareas relacionadas con la gestión comercial, negocios, contratos2. Diseño del producto3. Planificación de la producción4. Control de la fabricación



1. Gestión de negocios� Medio de comunicación con el cliente.� Determina el principio y el final del ciclo de gestión de la información� Incluye: ventas, marketing, predicción de ventas, análisis de mercado,

gestión de pedidos, contabilidad de costes, facturación.

2. Diseño del producto� Proporcionado por el cliente.� Especificado por el cliente.� Incluye: I+D+IT, ingeniería, dibujos , prototipos, etc.

3. Planificación de la producción� Planificación del proceso: determina la secuencia de procesado.� Planificación de la producción. Asignar recursos para

implementar la secuencia de procesado. Da lugar al plan maestro de producción.

� Incluye la compra de material, planificación de la capacidad de las estaciones y de la planta total, etc.

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4. Control de la fabricación� Gestión de la parte física de la

fabricación.� Comprende

� Control a nivel de planta: controla el progreso del producto.

� Control a nivel de inventario: controla el equilibrio entre escasez de materia prima y exceso de material inventariado (inmovilizado)

� Control de calidad: inspecciones.

� Integración de entre infraestructuras y sist. de apoyo



� Clasificación de elementos de automatización� Sistemas de fabricación automáticos:

� Máquinas herramientas de procesado, Líneas de producción automática, Máquinas de ensamblaje automático, Sistemas de fabricación con robots industriales, Sistemas Automáticos de almacenamiento de material, Sistemas de inspección y control de calidad automáticos.

� Sistemas automáticos de apoyo a la fabricación.

� Dentro del primer grupo (SFA), tipos de Automatización

� Fija� Programable� Flexible

Automatización en sistemas de producción

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� Secuencia de procesado fija determinado por la situación del equipo.

� Cada operación es un proceso simple en la secuencia: rotación, alineamiento, taladrado

� La complejidad está en el conjunto de operaciones � Características (las de sistemas de prod. “en masa”)

� Gran inversión inicial en equipos a medida.� Altas tasas de producción.� Relativamente inflexible a la hora de acomodar variaciones.� Su uso está justificado cuando se requieren altas tasas de producción,� El elevado coste inicial se distribuye en las múltiples uds. fabricadas.

� Ejemplos: � Líneas de mecanizado� Máquinas de ensamblaje automático

Automatización del sistema de fabricaciónAutomatización Fija


� El equipo tiene la capacidad de cambiar la secuencia de operación mediante programa para adaptarse a variaciones del producto.

� Características� Alta inversión en equipos de propósito general.� Tasas de producción inferiores a la Automatización Fija.� Flexibilidad para acomodar tratar con variaciones en el diseño y la

configuración del producto.� Adecuado para los sistemas de producción por lotes.

� Funcionamiento. Al final de cada lote, se realizan los cambios en la configuración, o changeovers:

� Reprogramación de robots, máquinas de CN y demás dispositivos programables.

� Modificaciones físicas en las herramientas (fijaciones, brocas…)� Ejemplos:

� Robots industriuales, Control numérico, PLCs, relés programables.

Automatización del sistema de fabricaciónAutomatización Programable

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� Extensión de la Automatización Programable (años ). El tiempo de actualización (changeover time)es mucho menor que en la A.P. Sólo es posible para variaciones blandas. No existen lotes.

� Características� Alta inversión en equipos a medida.� Producción continua de mezclas

variables de productos.� Tasas de producción media.� Flexibilidad para acomodar

variaciones en el diseño del producto.

Automatización del sistema de fabricaciónAutomatización Flexible

Resumen Tipos de Automatización


� Objetivo: reducir el esfuerzo humano en � Diseño de productos.

� Planificación y Control de la producción.

� Tareas de gestión del negocio.

� Compter Aided Manufacturing (CIM)� Engloba todas las aplicaciones que automatizan las tareas de apoyo.

� Incluye � CAD: diseño del prducto

� CAM: diseño de proceso a partir del producto� CAD/CAM: itegración de ambos en un solo programa.� También tiene en cuenta las funciones de gestión: ERP(Enterprise Resource

Planning).

� En general CIM=CAD+CAM+(Autom. de la gestión).

Automatización del sistema de apoyo a la producción

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� ¿Sabemos por qué automatizamos? No siempre!� Razones

1. Incrementar la productividad.2. Reducir el coste de mano de obra.3. Mitigar la escasez de mano de obra en sector.4. Reducir o eliminar trabajos rutinarios (en planta u oficinas).5. Mejorar la seguridad del trabajador. Pasa a supervisar enlugar de

“manipular”. Nuevas regulaciones.6. Mejora de calidad en el producto

� Uniformidad, Ajuste a especificaciones, Menos piezas defectuosas

7. Reducir el MLT (Manufacturing Lead Time)� Ventaja competitiva frente al cliente, y ahorro en material inmovilizado.

8. Realizar tareas imposibles a mano.� Miniturización, complejidad geométrica, temperaturas, sensibilidad componentes.� Ejemplos: circuitos integrados, Prototipado rápido, Superficies matemáticas en CN.

9. Evitar alto coste de no automatizar� Intangible a medio plazo� Ejemplos: repercusión en calidad, ventas, relaciones laborales, imagen de marca,

opciones que se abren una vez implantado el sistema.

Razones para AutomatizarDiscusión


� Tras la automatización, ¿hay lugar para la mano de obra en los sistemas de producción?

� Sí, pero cada vez menos en contacto con el proceso.

� Razones económicas asociadas a la globalización: China, México, Sudeste Asiático.

� Además,1. Tareas difíciles de automatizar

2. Ciclo de vida del producto

3. Encargos a medida

4. Absorber variaciones en la demanda

5. Reducir riesgos de fracaso en la inversión (migración gradual)

Mano de obra en sistemas de producciónDiscusión

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� Principio USA. “Entender, Simplificar y Automatizar”� Entender los detalles del proceso

� Entradas� Salidas� Función en el proceso� Cadena de valor� Orden de las operaciones y justificación� ¿Se pueden combinar?� Modelo matemático del proceso

� Simplificar� Eliminar pasos innecesarios� Emplear la tecnologia adecuada

� Automatizar. 10 Estrategias (no mutuamente excluyentes)1. Especialización de operaciones2. Operaciones combinadas3. Operaciones simultáneas4. Integración de operaciones5. Mayor flexibilidad (en producción media y job shop)6. Manipulación del material7. Inspección en línea (en lugar de al final de la cadena)8. Control del proceso y optimización (control óptimo al nivel del proceso)9. Control de las operaciones al nivel de planta10. CIM

Principios y estrategias de automatizaciónPrincipio USA


� Necesitamos introducir un nuevo producto en el mercado a corto plazo.

� Inicialmente: estaciones manuales.� Para aumentar la tasa de producción se duplican las estaciones y se

agrupan en celdas de trabajo

� Si el producto tiene éxito en el mercado procedemos a la migración hacia un sistema automático. Fases:

� FASE 1: Producción manual en celdas de 1 sola estación� FASE 2: Producción automatizada en celdas de 1 sola estación operando

independientemente. (Tras observar un aumento en la demanda).� FASE 3: Producción automática integrada, si la demanda está garantizada

para varios años. Se automatiza la transferencia entre estaciones (integración)

� Ver esquema..

Principios y estrategias de automatizaciónEstrategia de migración a un sistema automatizado

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Principios y estrategias de automatizaciónEstrategia de migración a un sistema automatizado


Conceptos cuantitativos en sistemas de producción

� Generalmente se trata de simplificaciones� Deseamos calcular la tasa de producción, en piezas por ud. de

tiempo, asociada a una operación de procesado o ensamblaje. Depende del tipo de factoría.

� Tiempo de ciclo. Independientemente del tipo de producción, el tiempo que tarda en ser procesada una unidad de trabajo (tiempo desde que entra una pieza en la máquina hasta que entra la siguiente).

Tc=To+Th+Tth(Procesado, almacenamiento/movimiento, ajuste de herramientas)

1. PRODUCCIÓN POR LOTES� Inicialmente suponemos una sola máquina. Lotes de Q unidades.� Para procesar el lote Tb=Tsu+Q*Tc� Es el tiempo invertido para la producción de un lote. El tiempo medio

para la producción de una pieza, para una máquina dada Tp=Tb/Q� La tasa de producción, por hora de la máquina, será Rp=60/Tp.

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2. JOB SHOP� Lotes de una 1 unidad de trabajo: Q=1, Tp=Tsu+Tc

3. PRODUCCIÓN EN MASA� Más complicado, por la interdependencia entre las máquinas de una línea.� Tipo Cantidad

� Rp=Rc=60/Tc (Tsu/Q es despreciable al crecer Q)

� Tipo Flujo (línea de producción)� Tc=Tr+max(To) (Tr es el tiempo de transferencia entre estaciones en la línea)� Rp=60/Tc

� CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN (o capacidad de planta)� Máxima tasa de salida de unidades que una factoría o línea de producto,

puede alcanzar bajo un conjunto determinado de condiciones de trabajo.� Depende del horario de trabajo (máx 168hr/sem).� Basándose en los modelos anteriores de tasa de producción semanal



Capacidad de producción

� Capacidad de producción PC=nSHRp

� H=Número de horas laborales/turno (normalmente 8)� S=Número de turbos por semana� N= número de centros de trabajo (en paralelo)� Rp tasa de producción horaria de cada centro de trabajo (Uds./hora)� Se ha supuesto una tasa homogénea de producción Rp en los centros de

trabajo. En caso contrario, reemplazar por sumatorio.

� Ejemplo: sección de torneado de piezas� 6 máquinas, todas tratan el mismo tipo de pieza� 10 turnos/semana� Turnos de 8h en promedio� Tasa de producción promedio de cada máquina: 17 uds/hr� Determinar la tasa de producción semanal de la sección de torneado.

PC=6(10)(8)(17)=8160 uds/semana

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producciónCapacidad de producción

� Si consideramos la posibilidad de que cada unidad de trabajo atraviese no operaciones

PC=nSHRp/nono= número de operaciones distintas a través de las cuales el trabajo es rutado.

� Cambios para mejorar la tasa de producción� A corto plazo: S,H� A medio plazo:

� Incrementar n, número de centros de trabajo en paralelo� Mejorar Rp introduciendo cambios en la tecnología� Reducir el número de operaciones en secuencia no para cada pieza, usando

operaciones combinadas, operaciones simultáneas o integración deoperaciones.

� Estas medidas son ideales. Las tasas reales serán inferiores.



Utilización y disponibilidad

� Utilización: la cantidad realmente producida por la planta en relación a su capacidad

U=Q/PCQ= cantidad producida en el mismo periodo para el que se calcula PC

� Ejemplo:� Máquina trabajando 80hrs/semana (2 turnos/día, 5 días). Tasa de la

máquina: 20 uds/hora.� Durante 1 semana, produjo 1000 piezas y quedó inactiva el resto del

tiempo.� Determinar capacidad y utilización.

� Disponibilidad: medida de la fiabilidad de la maquinaria.� MTBF: Mean time between failures� MTTR: Mean time to repair

A=(MTBF-MTTR)/MTBF (%)

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Tiempo de fabricación� La Utilización y la Disponibilidad condicionan la capacidad real de

la planta.Q=AU(nSHRp)

� Ejemplo: calcular la capacidad real del ejemplo de l diap. 28 con una utilización del 80% y una disponibilidad del 90%

Q=5875 uds/semana� TIEMPO DE FABRICACIÓN (MLT: Manufacturing Lead Time)

� Es el tiempo desde que se inicia la producción de una unidad hasta que sale al mercado, en minutos o horas. Distingue

� Tiempo de ciclo en una estación (Tc)� Tiempo no operativo Tno=almacenamiento temporal, inspecciones, otros retrasos

� En producción por lotes suponemos tiempo de preparación Tsu

MLTj=ni=1(Tsu+Qj*Tcji+Tnoji).

MLT=no(Tsu+Q*Tc+Tno). (simplificado)

� Lote de piezas de tipo j. El índice i indica el número de operación en la secuencia.

oj



Tiempo de fabricación

� Ejemplo: � Determinar el tiempo de salida al mercado de un lote de producto en días� Lote de 100 unidades.� El producto es rutado en 5 operaciones� Tiempo de puesta a punto: 3hr/operación� Tiempo medio por operación: 6 minutos� Tiempo no operativo medio: 7 horas por operación� 1 turno diario de 8 horas

MLT=5(3+100x0.1+7)

� Tiempo de fabricación en Job Shop (Q=1)MLT=no(Tsu+Tc+Tno)

� Tiempo de fabricación producción en masa (cantidad), muchas unidades en una sola máquina

MLT=Tc

� Tiempo de fabricación producción en masa (flujo)MLT=no(Tr+Max To)=noTc

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Work in Process. Costes

� Work in Process (WIP)� Cantidad de piezas existentes en la fábrica en un momento dado.

(Inventario inmovilizado en proceso).WIP=AU(PC)(MLT)/SH

� COSTES EN PRODUCCIÓN� Fijos � Variables� Comparación M/A:



Costes de producción

� Tipos (según origen)� Mano de obra: DLC (u.m./año)� Material� Otros

� Sobrecostes anuales de la factoría (FOHC)� Amortización� Impuestos� Aire acondicionado� Consumo de energía maquinaria

� Sobrecostes anueales de la compañía (COHC)� Ejecutivos� Marketing� Contabilidad� Asosería legal� Ingenieros

�Supervisión planta�Seguros�Luz�Personal de seguridad�Envíos

�I+D�Personal de apoto�Seguros, impuesto�Espacio oficinas

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Costes de producción

� Factory Overhead Rate (FOHR)� Coste de la fábrica relativo a la mano de obra

FOHR=FOHC/DLC

� Company Overhead Rate (COHR) � Coste de la compañía relativo a la mano de obra

COHR=COHC/DLC



Costes de maquinaria

� Coste anual uniforme (CAU) de una máquina� IC=coste inicial� Dependencia funcional CAU=IC(A/p,i,n)� (A/p,i,n)=i(1+i)n/((1+i)n-1)� i=tipo de interés� n=años de vida del equipo

� El CAU se convierte en una tasa horaria dividiendo el coste por el número de horas de funcionamiento del equipo al año: Cm

� El coste de FOH ahora se divide por DLC y por CAU� Coste producción por hora de un centro de trabajo

Co=Cm(1+FOHRl)+Cm(1OHRm)

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Operaciones y conceptos básicos en automatización

Operaciones básicas en sist. de producción. Procesado

� Operaciones básicas en producción� Procesado� Operaciones de ensamblaje� Movimiento y almacenaje del material� Inspección� Control

� 1. PROCESADO� Tipos

� Básico� Secundario� Mejora de propiedades físicas� Acabado



Operaciones básicas. Procesado (II)

� PROCESOS EN FABRICACIÓN� Fundición� Trabajos en frío y calor

� Forja � Extrusión� Laminación� Marcado

� Mecanizado de piezas� Torneado� Desbastado, alisado� Taladrado� Escariado

� Acabado de superficie� Barnizado� Pintado� Anodizado� Galvanizado

� Squeezing� Crushing (aplastado)� Piercing (Perforación)� Curvado (Bending)

� Escariado� Serrado� Broaching� Fresado

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Operaciones básicas. Procesado (III)

� TRABAJO DEL METAL EN CALIENTE� Descripción� Ventajas

� Menor Porosidad (burbujas)� Mejora algunas props. Físicas (Ductilidad, resistencia al impacto,

resistencia)� Ahorro de energía

� Inconvenientes� Oxidación a altas temperaturas� Peor acabado superficial� Equipo y mantenimiento caros (relativo)

� Ejemplos mas importantes:� Laminación� Forja� Extrusión� Fabricación de tubos



Operaciones básicas. Procesado (IV)

� TRABAJO DEL METAL EN CALIENTE� LAMINACIÓN

� Descripción: deformar el material � Cilindros� Varias pasadas� Caja de laminación� Tren continuo� Suele ser en caliente Temperaturas 950 a 1150ºC� Perfiles mediante canales anulares en los cilindros� Enfriado y operaciones de acabado en la plana de laminación� Tipos

� FORJA� Descripción� En caliente, sólido� Tipos

� Martillo (yunque, matriz)� Cilindros enfrentados. Ventajhas

� Buenas propiedades. Rápido. Coste de las matrices (difícil en baja tirada)

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Operaciones básicas. Procesado (V)

� TRABAJO DEL METAL EN CALIENTE (cont)� EXTRUSIÓN

� Descripción: “pasta de dientes”� Muy usado metal en caliente, pero también plásticos� Elementos: metal, matriz, prensa horizontal� Longitudes largas, variedad de productos� También: forrado plástico de cables

� FABRICACIÓN DE TUBOS� Dos tipos de técnicas

� Con soldadura: curvar en caliente y soldar.� Sin soldadura

� Piercing� Extrusión



Operaciones básicas. Procesado (cont)

� TRABAJO DEL METAL EN FRÍO� Técnicamente se trata el metal por debajo de la temperatura de

recristalización, aunque en la mayor parte de los casos es temperatura ambiente.

� Profundos o superficiales.� Mejores propiedades

� Mejor acabado superficial (aspecto brillante)� Dimensiones más exactas� Prop físicas

� Resistencia de fluencia (diagrama E-D)� Resistencia última (diagrama E-D)� Incrementa dureza� Disminuye la ductilidad.

� Muchos de los procesos vistos pueden realizarse en frío.

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Operaciones básicas. Procesado (cont)

� TRABAJO DEL METAL EN FRÍO� Algunos de lo procesos más significativos:

� Spinning: dar forma al metal mientras éste gira� Curvado� Fabricación de moneda� Remachado � Embutido (embossing)

� LA PRENSA� Muchas de las operaciones vistas se realizan por prensa.� Estructura:

� Base� Martillo, cae sobre la base impulsado por una fuente de energía (principalmente

hidráulica).

� Equipamiento: muy variado, para trabajos específicos� Matrices, troqueles, punzonadoras.



Operaciones básicas. Prensa

� Según fuente de energía:� Mecánicas� Hidráulicas

� Según forma� Estructura en C: Frecuentemente usada para estampado� En Arco: piezas extensas� SSE (Straitght side endframe) De laterales verticales: admite cargas

mayores� Tilting� Horn

� También existen diversos mecanismos para el movimiento del martillo (imágenes)

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Operaciones y conceptos básicos en automatizaciónPrensas tipo C

Capacidad 50Tm Capacidad 75Tm

Capacidad 120Tm Capacidad 150TmCapacidad 170Tm


Operaciones y conceptos básicos en automatizaciónPrensas tipo C. Fuente: www.beckwoodpress.com

Específicas

Generales

Automated Presses Powder compacting Compression molding Multiple post Tilti ng presses

Two-post presses Press brake Four-post presses C-frame p resses Straight Side Endframe(hasta 2000 Tm)

Prensa SSE: hasta 2000Tm

PLC receives inputsfrom pressuretransducer, up stop proximity switch, andthe servo feed systemAllen Bradley SLC 5/05 PLC control systemwith Mitsubishi E600 interface

Automated Press

Quick Die Change, completelyautomated FeedSystems, ToolingPackages, NetworkConnectivity andSafety Guarding.

Advantages

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Operaciones básicas. Torneado (Lathe Machining)

� Una de las operaciones más habituales en mecanizado� Algunos trabajos típicos

� Cilindrado� Torneado cónico� Mandrilado� Realización de gargantas� Taladrado� Fileteado o roscado

� El más habitual: horizontal� Bancada� Cabezal (transmite el movimeinto)� Contracabezal� Carro




� Una de las operaciones más habituales en mecanizado� Algunos trabajos típicos

� Cilindrado� Torneado cónico� Mandrilado� Realización de gargantas� Taladrado� Fileteado o roscado

� El más habitual: horizontal� Bancada� Cabezal (transmite el movimeinto)� Contracabezal: sujeción de pieza, portar brocas, herramientas interior� Carro: da movilidad a la herramienta� Suele haber otras piezas de sujección para evitar el movimiento lateral.

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� Torno vertical: � no necesita contracabezal� Eje de giro vertical

� Torno al aire: � Horizontales pero sin contracabezal� Bancada más baja, pensado para piezas de gran tamaño.

� Automatización del torno:� Básicamente consiste en manejar varias herramientas de forma

automática� “Centro de torneado”



Operaciones básicas. Fresado (Milling)

� La máquina más versátil� Permite la realización de operaciones muy diversas

� Refrentado, talle de engranajes…

� El giro de una herramienta (fresa) permite retirar metal.� La fresa toma muchas formas, según la operación.� Componentes

� Presa portapiezas� Cabeza que gira, en la que se introduce la herramienta

� Ejes de giro� Vertical� Horizontal� Universal

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Operaciones básicas. Fresado (Milling)

� La máquina más versátil� Permite la realización de operaciones muy diversas

� Refrentado, talle de engranajes…

� El giro de una herramienta (fresa) permite retirar metal.� La fresa toma muchas formas, según la operación.� Componentes

� Presa portapiezas� Cabeza que gira, en la que se introduce la herramienta

� Ejes de giro� Vertical� Horizontal� Universal



Operaciones básicas. Otras operaciones

� Rectificado� Es una operación de acabado o afinado

de superficies mecanizadas por la acción abrasiva de una muela.

� Permite dar a las piezas sus dimensiones finales con un margen de tolerancia muy pequeño.

� Galvanización� Consiste en revestir de zinc fundido un

metal ferroso mediante baño.� Protección contra la corrosión

Galvanización

Centro de rectificado

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Líneas de producción Automáticas

Introducción

� Tradicionalmente, se atribuyen a Henry Ford� Tipo Detroit� Grandes tiradas (automatización fija)� Línea de prod automática

� Varias estaciones de trabajo� Unidas mediante dispositivos de transferencia de piezas� Simbolismo normalizado

� Objetivos� Reducción costes laborales� Incremento de la producción� Reducción de WIP� Minimizar desplazamientos y esperas de piezas� Especializar operaciones


Líneas de producción AutomáticasConfiguraciones

� Configuraciones (teniendo en cuenta el flujo de piezas)

� En línea (incluye giros de 90º)� Rotatoria:

� alrededor del dial� Máquinas en la perifieria� Posicionamiento secuencial en cada punto

de trabajo� Piezas pequeñas, pocas estaciones� Pocas flexibilidad (buffers)� Optimiza espacio

� Métodos de transferencia� Se ocupa de la transferencia y el

posicionamiento� Tipos: Continua, Intermitente, Asíncrona

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Líneas de producción AutomáticasConfiguraciones. Métodos de transferencia

� Métodos de transferencia� Continua

� Movimiento piezas a velocidad constante

� Intermitente o síncrona� Todas a la vez

� Asíncrona� El movimiento se produce cuando el procesado ha terminado e

cada estación� Buffers de almacenamiento� Más flexible� Típico cuando existen estaciones manuales

� Pallets� Con fijaciones que garantizan el posicionado


Líneas de producción AutomáticasConfiguraciones. Mecanismos de transferencia

� Mecanismos de transferencia� Dependiendo del movimiento lineal o rotatorio� Lineal

� Sistema balancín (Walking Beam)� Sistemas de rodillos� Sistemas de cintas

� Bandas flexibles� Cadenas

� Movimiento rotatorio� Cremallera-piñón� Trinquete-pawl� Mecanismo Geneva� Mecanismo CAM

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Líneas de producción AutomáticasAutomatización para operaciones de mecanizado

� Automatización para operaciones de mecanizado: fresado, taladrado.

� Ciertas máquinas permiten operaciones simultáneas sobre distintas piezas

� Máquina de estación única� Máquina de procesamiento circular (Rotary index)� Máquina Trunnion

� Piezas pequñas� Tambor vertical para sujección� Lados opuestos

� Columna central, � Mecanizado por periferia e interior

� Máquina Transfer.� La más habitual. Organización en línea, trans síncrona o asíncrona


Sistemas de ensamblajeIntroducción

� La mayor parte de productos discretos son ensamblados

� Unión de 2 o más piezas para una nueva entidad� Subensablaje� Ensamblaje

� Tipos� Atado mecánico

� Uniones roscadas (se pueden deshacer)� Remaches� Uniones a presión� Costura

� Soldadura� Unión mediante adhesivos

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Sistemas de ensamblajeEstaciones de ensamblaje

� Tipos de estaciones� Manual única� Línea de ensamblaje manual� Línea de ensamblaje automáticas

� Líneas manuales� Alta tasa � El trabajo se puede descomponer� Especialización� Transfer entre estaciones

� No mecánicas: starving, bloqueo� Mecánicas: starving, producto incompleto

� Balance de líneas de ensamblaje


Sistemas de ensamblajeBalance de líneas

� Requisitos Tiempo de ciclo � Rp=Da/(50SH) (unidades/hora)� E = eficiencia (en tanto por 1)� Tc=60E/Rp (min por unidad)

� La tarea de ensamblaje se divide en n subtareaselementales

� Tek tiempo de la tarea elemental k� Twc=nTek (k=1..n) Total work content� Tsi=nTek (kXn) Tiempo invertido en la estaición i

� Número teórico de trabajadores� w*=Twc/Tc (mínimo entero superior)

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� Asignar estaciones a las tareas (Algoritmo)� Diagrama de prcedencia� Tiempos� Tiempo de ciclo

� Pasos1. Ordenar de mayor a menor tiempo2. num_estacion=13. Asignar a la estación num_estacion la primera tarea realizable (en

tiempo: Tsi<Tc, y precedencia) empezando por el principio de la lista.. Eliminar de la lista la tarea asignada.

4. Sumar al tiempo acumulado Tsi de la estación num_estacion el tiempo de la tarea asignada.

5. Volver a 3 hasta que no haya más tareas realizables 6. num_estacion= num_estacion+17. Volver a 3 hasta que no haya más tareas en la lista



� Ejemplo. Rp= 1 robot/5min. Eficiencia=90%

1,51,4Introducción de motores13

1,113,5Circuitería de potencia 12

-3,7Montaje de resolvers en articulaciones11

82,8Montaje de la base del robot10

1,80,9Inserción de cámara CCD en garra final9

121,5Inserción de la garra final del robot8

92,9Fijación de la base y puesta a punto7

1,2,3,83Cableado integral del sistema6

110,7Ensamblaje de articulaciones5

13,5Montaje de sensores de esfuerzo 4

1,21Montaje sistema electrónico de control de

motores

3

10,5Inserción de correas y reductoras2

-3Montaje de encoders1

PredecesorasTiempo estimado (min)DescripciónNúmero

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� Solución: se sitúan las estaciones asignadas en línea. � Dentro de cada estación se trabaja en serie.� Entre estaciones, el trabajo es en paralelo

� El tiempo de ciclo real será el de la estación más lenta (el resto tendrá tiempos muertos)

� Análisis del resultado: retraso de balance.� Mide el “desequilibrio entre estaciones� D=(nTc-Twc)/nTc� En caso de necesitar tiempo para transportar los elementos,

Tr, las líneas se han de equilibrar contra un tiempo de servicio Ts=Tc-Tr (el resto igual, sustituyendo Tc por Ts)

1, Ts1=0.8min 2, Ts2=0.7min 3, Ts3=0.9min


Sistemas de ensamblajeConceptos

� Sistemas Automáticos de Ensamblaje� Muy ligado a la robótica� Principal dificultado: los métodos tradicionales están pensados para

personas� Unión tornillo-tuerca:

� Problemas de accesibilidad (ambas caras de la pieza)� Dificultad en hacer coincidir roscas y tornillos� Hacer que el tonillo empiece a girar, sujetándolo antes del agarre� DIFICIL DE AUTOMATIZAR

� Automatización de ensamblaje=revisión de los métodos de unión. Ideas:

� Reducir la cantidad de ensablajes durante el diseño: ej. Usar piezas moldeadas en plástico en lugar de ensambladas.

� Escoger técnicas que se adapten mejor: ej. menos tornillos y más uniones a presión.

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Sistemas de ensamblaje automáticos Conceptos

� Automatización de ensamblaje=revisión de los métodos de unión. Ideas: (cont)

� Limitar las direcciones de acceso. Idealmente todos los componentes se ensamblan desde arriba en dirección vertical

� Necesidad de alta calidad de los componentes: Una diferencia de 1mm en soldadura puede ser letal.

� Configuraciones, incluyendo los sistemas de transferencia. (Ver diap. siguiente)

� Sistemas en línea (a)� Tipo dial (rotatorio) (b)� Tipo carrousel (c)� Estación única (d)


Sistemas de ensamblaje automáticoConfiguraciones

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Sistemas de ensamblaje automáticos Configurraciones en ensamblaje: usos

� Cada configuración está recomendada para un método de transferencia distinto

NoNoNoSíEst. única

SíSíInusualNoCarrousel

NoSíInusualNo Dial

SíSíInusualNo En línea

AsíncronoSíncronoContinuo¿Pieza base estacionaria?

Configuración

Método de transferencia


Sistemas de ensamblaje automáticos Dispositivos de alimentación

� Tolvas: � contenedor donde se cargan los componentes usados en la

estación (una por cada tipo de componente). � Almacenamiento masivo, no importa posición ni orientación

� Alimentador de piezas:� Mecanismo que coge elementos de la tolva uno a uno para

enviarlos a la estación de trabajo.� Normalmente tolva y alimentador forman un único dispositivo.

� Selector y/o orientador: � Son los sistemas encargados de asegurar la correcta orientación

de la pieza. � El selector actúa como un filtro, si la pieza no está bien orientada

o no es del tipo adecuado, la devuelve a la tolva.� El orientador es capaz de modificar la orientación de la pieza

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Sistemas de ensamblaje automáticos Dispositivos de alimentación

� Dispositivos de colocación: � Los encargados de sacar los componentes del alimentador y

colocarlos en el lugar de trabajo.


Transporte automático del material

� Clasificación

� Vehículos autoguiados

� Cintas transportadoras

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Clasificación de elementos de movimientode material en producción� 6 Categorías

� Carretillas manuales

� Carretillas mecánicas

� Grúas y monorraíles

� Cintas transportadoras

� Vehículos autoguiados (AGVs)

� Otros� Robots� Mecanismos de transferencia en líneas de prod. Auto.

� Ascensores

� Alimentadores de piezas� Tuberías,Camiones, Tranes, Aviones


Vehículos autoguiados� Tipos

� Trenes sin conductor� Vehículo elevador

AGV� Transportadores de

carga (con mecanismo de carga/descarga

� Funciones� Guiado del vehículo� Control de tráfico y

seguridad� Gestión de la planta

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Guiado del AGV� Métodos

� Cable enterrado� Línea pintada

� Características de cada método� Ventajas/Inconvenientes� Otras técnicas: Estima

(Odometría)


Control de tráfico y seguridad

� Elemento mecánicodetector de choque

� Sensores a bordo

� Control de zona

� Luces y alarmas

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Sistema de gestión

� 3 estrategias:� Panel de control en vehículo

� Estaciones remotas de llamada

� Centrales de control


Análisis cuantitativo de transporte de vehículos� Conceptos

� Tc= tiempo en realizar una operación de transporte de material (carga, descarga y desplazamiento) (min)

� Rdv= tasa de repartos por hora

� Rf=Tasa de reparto deseada

� AT= Tiempo disponible de vehículo (min/hora), menor o igual a 60

� WL= Tf*Rf Workload o carga de trabajo (min/hora)

� Parámetros a calcular:� Tc

� nc=WL/AT Número total de AGVs necesarios

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Análisis cuantitativo de transporte de vehículos� Ejemplo:

� Tl=0.75 min, Tu=0.5 min. Vel 50 m/min

� Rf=40 rep/hora

� Eficiencias: A=0.95, Tf=0.9, E=1.0


Análisis cuantitativo de transporte de vehículos� Ruta variable:

� Las distancias se promedianbasándose en lastablas de rutado:

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Cintas Transportadoras� Materiales desplazados en cantidades grandes en rutado fijo. � Impulsados

� Mecánicamente� Gravedad

� CARACTERISTICAS� Son generalmente mecanizadas y a veces automatizadas.� Ocupan posiciones fijas, estableciendo las rutas.� Pueden estar montadas sobre el suelo o suspendidas del techo.� Casi siempre están limitadas a un flujo unidireccional de materiales.� Generalmente mueven cargas discretas, aunque algunas están preparados

para cargas voluminosas o continuas.� Pueden emplearse sólo para transporte o para transporte más

almacenamiento automático de elementos.� Acumulativas/no acumulativas


Tipos de cinta I: Roller Conveyors (Rodillos)� Forma muy común de cinta� Tubos (rodillos) perpendiculares a la dirección de avance� Armazón fijo que eleva la cinta del suelo desde varios decímetros a algo

más de un metro. � Pallets planos o bandejas portando la carga� Impulsadas mecánicamente o gravitatorias� Tipo gravitatorio: el camino desciende una pendiente suficiente para

superar la fricción de los rodillos. � Usadas para el reparto de cargas durante las operaciones de procesado,

y almacenamiento automático. Tb aplicaciones de distribución. � También usadas para operaciones de clasificación y combinado.

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Tipos de cinta II: Skate-wheels (con ruedas)� Operativamente similares a los rodillos� Pequeñas ruedas como las de los

“patines” montadas sobre ejesrotatorios conectados al armazón

� Pallet, bandeja, u otro contenedor� Aplicaciones similares a las de los

rodillos, excepto que las cargas debenser en general más ligeras al estar loscontactos entre carga y cinta mucho más concentrados


Tipos de cinta III: Belt conv. (cintas planas)

� 2 formatos comunes: � cintas planas para pallets, piezas o incluso

ciertos tipos de materiales en masa� cintas huecas para materiales en masa.

� Los materiales se sitúan en la superficie de la cinta.

� La cinta forma un lazo continuo � reparto del material� retorno (generalmente vacío).

� La cinta se soporta con un armazón con rodillos u otros soportes espaciados entre sívarios decímetros.

� A cada extremo de la cinta están los rodillosmotores (“poleas”) que impulsan la cinta.

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Tipos de cinta IV: Chain conv. (con cadenas)� Lazos de cadena sin fin en una configuración arriba-abajo alrededor

de ruedas dentadas motorizadas, en los extremos del camino. � Puede haber una o más cadenas operando en paralelo para formar la

cinta. � Las cadenas viajan a lo largo de canales que proporcionan soporte

para las secciones flexibles de la cadena. 2 opciones� Las cadenas se desplazan por canal � Las cadenas usan rodillos para montarse al canal.


Tipos de cinta V: Slat conv. (con listones)� Plataformas individuales, llamadas listones o tablillas, conectadas a una

cadena continua en movimiento. � Aunque el mecanismo impulsor es la cadena, funciona en gran medida

como una cinta plana. � Las cargas se sitúan sobre la superficie plana de las tablillas y se desplazan

con ellas. � Los caminos son generalmente en línea recta, pero dada la posibilidad de

introducir curvas en el camino mediante ruedas dentadas (engranadas a la cadena), las cintas con listones pueden tener giros en su lazo continuo.

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Tipos de cinta VI: Overhead Trolley conv.� Un carro (trolley) es un soporte con ruedas moviéndose en un rail elevado del que

puede colgar la carga� Una cinta de carros es una serie de múltiples carros igualmente espaciados a lo largo

de los raíles mediante una cadena sin fin o cable� La cadena o cable está unida a una rueda que proporciona energía al sistema. � El camino está determinado por el sistema de raíles; tiene giros y cambios en elevación

formando un lazo sin fin. � En los carros se suspenden ganchos, cestas u otros receptáculos para la carga. � Se emplean a menudo en fábricas para mover piezas y conjuntos de ensamblaje entre

los principales departamentos de producción. � Pueden emplearse tanto para reparto como para almacenamiento.


Tipos de cinta VII: In-floor towline conv. (cable enterrado)� Emplean vehículos con ruedas impulsados

por medio de cadenas o cables en movimiento situados en zanjas en el suelo.

� Las rutas están definidas por las zanjas y cables.

� Es posible el cambio desde un segmento impulsado a otro diferente, proporcionando cierta flexibilidad en el rutado.

� Los carros emplean clavijas reforzadas de acero para acoplarse a la cadena.

� Dichas clavijas se pueden extraer de la zanja para liberar al carro del avance de la cadena y realizar las operaciones de carga/descarga .

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Tipos de cinta VIII: Cart-on-track (carro sobreraíles)� Carros individuales montados en una pista de dos raíles

en una estructura que sitúa la cinta unos decímetrossobre el suelo.

� Los carros no son impulsados individualmente. Avanzanmediante un tubo rotatorio entre los dos raíles.

� También se llaman cintas de tubo rotatorio (spinning tube).

� Una rueda motriz, en la parte inferior del carro y formando un ángulo con el tubo, se apoya en él y convierte el giro del tubo en avance del carro.

� La velocidad del carro es controlada regulando el ángulode contacto entre la rueda motriz y el tubo.

� Se logra bastante precisión en el posicionamiento. Esto los permite usar para posicionar piezas para el procesado.

� Aplicaciones� Las líneas de soldadura robótica� Sistemas de ensamblaje automático.


Tipos de cinta VIII: Cart-on-track (carro sobreraíles)

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Cintas transportadoras

DIRECCIONES DE INTERNET RELACIONADAS Direcciones de interés académico

http://www.ie.ncsu.edu/kay/mhetax/TransEq/Conv/Listado general de fabricanteshttp://www.conveyor-systems.biz/

Direcciones de fabricanteshttp://www.hytrol.com/

http://www.giantlift.com/http://www.dorner.com/http://www.flexlink.com/

http://www.cumberlandconveyor.com/acsi.htmlhttp://www.acsconveyor.com/http://www.conveytrac.com/

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