SESIÓN 13SESIÓN 13

MANUFACTURA FLEXIBLE MANUFACTURA FLEXIBLE – CONCEPTOS Y – CONCEPTOS Y

GENERALIDADESGENERALIDADES

DISTRIBUCIÓN EN PLANTA DISTRIBUCIÓN EN PLANTA (LAYOUT)(LAYOUT)

Antecedentes de los FMS

Flexibilidad de un FMS

Componentes de un FMS

Layout de un FMS

Contenido

Sistemas de manufactura flexible

Los Sistemas flexibles de manufactura (FMS) son un tipo de celdas de máquinas que implementa la tecnología de grupo. Es el tipo de celda con un mayor nivel de automatización y sofisticación tecnológica.

Un FMS incluye muchos de los conceptos vistos anteriormente: Automatización flexible, Máquinas CNC, control digital distribuido, manejo y almacenamiento de materiales automático, y tecnología de grupos.

Antecedentes históricos

El concepto de manufactura flexible se acredita al ingeniero británico David Williamson a mediados de los 60s. El concepto de Williamson fue patentado por la compañía Molins en 1965 y fue llamado System 24 por que se pretendía que el grupo de máquinas herramientas trabajara las 24 hrs del día. 16 hrs de las cuales estaría produciendo sin ser atendida por personas.

Antecedentes históricos

Los FMS fueron instalados en muchas partes del mundo. En la República Federal Alemana, se desarrolló un sistema de manufactura en 1969 por Heidleberger Druckmachinen en cooperación con la Universidad de Stuttgart. En Estados Unidos se implementó un sistema en la Compañía Ingersoll-Rand en oanoke, Virgina. En la URSS se instaló un FSM en la exhibición Stanki en 1972 en Moscú. Mientras que en Japón se instaló en el mismo tiempo en Fuji Xerox.

Aplicaciones

La tecnología FMS puede aplicarse en situaciones similares a los de Tecnologías de grupos o manufactura celular, cubriendo:

● Que la planta produce partes por lotes o usa celdas manejadas por Tecnología de Grupos, o la administración desea automatizar.● Que sea posible realizar una porción de las partes fabricadas en familia de partes. Cuyas similaridades permiten ser procesadas en las máquinas del FSM.

Aplicaciones

● Las partes o productos hechos por la fábrica están en un rango de producción de volumen medio y variedad media. El rango de producción apropiado es de 5000-75000 partes por año. Si el volumen es menor, el FSM puede ser muy caro; si el volumen es mayor, un sistema de producción mas especializado debe ser considerado.

Las de una celda manual y un FMS son:

● El FMS requiere de mayor inversión de capital debido a equipo nuevo, en lugar de usar equipo ya instalado.

● El FMS es mas sofisticado para el personal que debe echarlo a andar.

Sin embargo, los beneficios potenciales incluyen:

●Incremento en el factor de utilización de la máquina●menos máquinas requeridas●reducción de espacio de requerido●mayor respuesta al cambio●reducción de inventarios requeridos●menores tiempo de producción●Reducción de requerimientos de trabajo directo y mayor productividad laboral●Oportunidad para producción sin atender

Definición

Un Sistema Flexible de Manufactura (FMS) es una celda de máquinas de Tecnología de grupos (GT) que consiste de un grupo de estaciones de procesamiento (usualmente herramientas de CNC), interconectadas por un sistema de manejo de materiales y almacenamiento, y controlado por un sistema de computo distribuido.

El término Flexible viene de la capacidad de procesar diferentes estilos de partes simultáneamente en varias estaciones de trabajo, y la mezcla de estilos de parte y cantidades de producción deben ajustarse en respuesta a la demanda cambiante

Para ser flexible el sistema debe de:

(1) Tener la habilidad para identificar y distinguir entre los diferentes estilos de partes o productos procesados en el sistema.(2) Un cambio rápido de las instrucciones de operaciones.(3) Un cambio rápido de las instalaciones físicas de maquinado

Flexibilidad aplica tanto a procesos manuales y automáticos.

Flexibilidad

Ejemplo de una celda flexible de manufactura

Pruebas de criterios de flexibilidad

1. Prueba de Variedad de partes. Definir si el sistema puede operar diversidad de partes no en modo de lotes.2. Prueba de cambio de calendarización. Verificar si el sistema puede aceptar cambios en la calendarización de la producción, ya sea por mezcla de partes o cantidades de producción.3. Prueba de recuperación de Errores. El sistema se puede recuperar de fallas en el equipo y paros de la producción, de manera que la producción no se detenga completamente.4. Prueba de la parte nueva. Verificar que nuevas partes o diseños puedan ser introducidas en una mezcla de producto existente

Tipos de FlexibilidadTipo de Flexibilidad Definición Depende de factores como:

Flexibilidad de máquina Capacidad para adaptar unamáquina dada (estación detrabajo) en el sistema a unamplio rango de operaciones deproducción y estilos de partes.Entre mayor sea el rango deoperaciones y estilos de partes,mayor es la flexibilidad de lamáquina

Tiempo de instalación y decambioFacilidad para reprogramar lamáquina (facilidad para cargarnuevos programas a lamáquina)Capacidad de almacenamientode herramientashabilidad y versatilidad de lostrabajadores en el sistema.

Flexibilidad de producción Rango o universo de estilos departes que pueden serproducidas por el sistema

Flexibilidad de la máquina enuna estación individualRango de flexibilidades demáquina para todas lasestaciones en el sistema

Flexibilidad mixta Habilidad para cambiar lamezcla del producto mientras semantiene la misma cantidad deproducción total; esto es,produciendo el mismo númerode partes solo que enproporciones diferentes

Similaridad de las partes en lamezclaTiempo contenido de trabajorelativo de las partes producidasFlexibilidad de la máquina

Tipo de Flexibilidad Definición Depende de factores como:

Flexibilidad de ruteo Capacidad para producir partesa través de secuencias deestaciones de trabajoalternativas en respuesta a parosde equipo, fallo deherramientas, y otrasinterrupciones en estacionesindividuales.

Similaridad de partes en lamezclaSimilaridad de estaciones detrabajoduplicación de estaciones detrabajoEntrenamiento compartido detrabajadores manualesHerramientas comunes

Flexibilidad del producto Facilidad con la cual cambiosde diseño pueden seracomodados. Facilidad con locual nuevos productos puedenser introducidos.

Que tan cercano el diseño departe nueva empata con lafamilia de partes existente.Preparación del programa departe fuera de líneaFlexibilidad de máquina

Flexibilidad de volumen Habilidad para producir parteseconómicamente en cantidadestotales altas y bajas de laproducción, dada la inversiónfija en el sistema

Nivel de trabajo manualrealizado en la producciónCantidad invertida de capital deequipo

Flexibilidad de expansión Facilidad con la cual el sistemapuede ser expandido paraincrementar las cantidades deproducción total

Gastos por agregar estacionesde trabajoFacilidad con lo cual un layoutpuede ser expandidoTipo de sistema de manejo departes usado.Facilidad con lo cualtrabajadores entrenados puedenagregarse

Comparación entre la clasificación por criterios de flexibilidad y por tipos de

flexibilidad

Criterio o prueba de flexibilidad Tipo de flexibilidad

1. Prueba por variedad de partes: ¿Puede elsistema procesar estilos de partes diferentes enmodo fuera de lotes?

Flexibilidad de máquinaFlexibilidad de producción

2. Prueba de cambio de calendario: ¿Puede elsistema aceptar cambios en la calendarización dela producción, cambios ya sean en la mezcla departes o cantidades de producción?

Flexibilidad de mezclaFlexibilidad de volumenFlexibilidad de expansión

3. Prueba de recuperación de errores: ¿Puede elsistema recuperarse sin problemas de errores ofallas en el equipo, de forma que la producciónno sea completamente detenida?

Flexibilidad de ruteo

4. Prueba de partes nuevas: ¿Pueden diseños departes nuevas ser introducidas dentro de unamezcla de productos existentes con relativafacilidad?

Flexibilidad de producto

Tipos de FMSLos FSM pueden distinguirse de acuerdo a los tipos de operaciones que realizan:

(1) Operaciones de procesamiento(2) Operaciones de ensamble

Normalmente un FSM se diseña para hacer ya sea una o la otra, pero rara vez ambas.

Otra observación es que sistemas que procesan partes rotacionales en múltiples estaciones son menos comunes que los sistemas que procesan partes no rotacionales.

Otras clasificaciones

Otra forma de clasificar los FSM son por:

(1) número de máquinas(2) nivel de flexibilidad

Número de máquinasEl FSM puede distinguirse por el número de máquinas en el sistema:

Celda de una sola máquina (Tipo I A)Celda de manufactura flexible (usualmente tipo II A, algunas veces tipo III A)Sistema de manufactura (usualmente tipo II A, algunas veces tipo III A)

Una celda de una sola máquina (SMC) consiste de un centro de maquinado CNC combinado de un sistema de almacenamiento de partes para la operación sin atender. Puede ser diseñada para operar por lotes o en modo flexible o una combinación de ambas.

Celda flexible de manufactura

La celda flexible de manufactura (FMC) consiste de dos o tres estaciones de procesamiento (típicamente centros de maquinado CNC) mas un sistema de manejo de materiales. El sistema de manejo de partes está conectado a la estación de carga y descarga.

Un sistema flexible de manufactura (FMS) tiene cuatro o mas estaciones de procesamiento conectadas mecánicamente por un sistema de manejo de partes y electrónicamente por un sistema de computo distribuido.

Diferencias importantes entre el FMC y el FMS es el número de máquinas y que generalmente los FMS contienen estaciones de trabajo sin operación que son de soporte de la producción, por ejemplo, estaciones de limpieza, máquinas de medición coordinadas, etc. Una tercera diferencia es que los FMS contienen un sistema de control de computo por que son mas grandes y sofisticados; estos sistemas cubren funciones que pueden ser como diagnóstico, monitoreo de herramienta.

Otra forma de clasificar los FSM es por el nivel de flexibilidad

Se pueden distinguir dos categorías:

FMS dedicadosFMS de orden aleatorio

Clasificación por flexibilidad

FMS dedicadoUn FMS dedicado está diseñado para producir una variedad limitada de estilos de partes y el total de partes a fabricar se conoce con anticipación por el sistema. El término Familia de partes normalmente se basa en el tipo de producto en lugar del tipo de geometría.

El producto es considerado estable y el FSM puede ser diseñado con cierto nivel de especialización para realizar las operaciones de manera mas eficiente. Las máquinas pueden ser mas específicas en lugar de ser de propósito general con el objeto de realizar el proceso mas eficientemente.

FMS de orden aleatorio

Un FMS de orden aleatorio es mas apropiado cuando la familia de partes es grande, hay variaciones substanciales de la configuración de las partes, habrá nuevos diseños introducidos al sistema y cambios en la ingeniería en las partes producidas actualmente. La calendarización de la producción está sujeta a cambios diarios.

Para manejar estas variaciones el FMS debe ser mas flexible que el FMS dedicado. Está equipado con máquinas de propósito general para lidiar con las variaciones en el producto y ser capas de procesar las partes en diferentes secuencias en un orden aleatorio.

Tipo de sistema Criterios de flexibilidad

Variedad de partes Cambio decalendarización

Recuperación deerrores

Partes nuevas

FMS dedicado Limitado. Todaslas partes seconocen deantemano

Cambios limitadospueden serintolerables

Limitados porprocesossecuenciales

No. Nuevas partesson difíciles deintroducir

FMS de ordenaleatorio

Si. Posiblesvariacionessubstanciales departes

Posibles cambiossignificativos yfrecuentes

La redundancia demáquinasminimizan elefecto de fallas demáquinas

Si. El sistemadiseñado paraaceptar partesnuevas.

Componentes de un FMS

El equipo de procesamiento o ensamble usado en un FMS depende del tipo de trabajo completado en el sistema. Los siguientes son ejemplos de estaciones de trabajo encontradas en un FMS:

Estaciones de carga y descargaEstaciones de maquinado

Estaciones de procesamiento adicionalesEnsamble

Otras estaciones de servicio

Estaciones de Trabajo

Estaciones de carga y descargaEs la interface física entre el FMS y el resto de la fábrica. Materia prima entra y el producto terminado sale por ahí. Su diseño físico debe corresponder al tipo de partes que se están moviendo por ahí, considerando su tamaño, peso, materiales, etc. Aunque el proceso puede ser automático, muchas unidades de carga/descarga aún siguen siendo manuales.

Estas estaciones deben incluir una unidad de entrada de datos y monitorear comunicaciones entre el operador y el sistema de computo. Aquí el operador o el sistema automático de alimentación deben de manejar correctamente los pallets y/o sujeciones usadas. La pieza de entrada debe de estar en la posición correcta, con la limpieza requerida y listos para que entre en el sistema de manufactura.

Estaciones de maquinado

Entre las operaciones mas comunes en un FMS es el maquinado. Las estaciones de trabajo predominantemente son centros de maquinado CNC. Éstos son flexibles, cuentan con múltiples herramientas, espacios para paletización, flexibilidad de programación y comunicación con el sistema de manufactura total.

Tornos CNC son usados para piezas rotacionales, mientras que fresadoras para piezas rectangulares.

Estaciones de procesamiento adicionales

El concepto de FMS ha sido aplicado a otras operaciones de procesamiento, tales como procesos de laminado metálico, operaciones de prensado, forja, procesamientos termoquímicos, cortadores láser, en sistemas de manufactura de semiconductores (fotolitografía), en procesos químicos, industria textil, etc.

Ensamble

Algunos FMS son diseñados para la operación de ensamble. A menudo se utilizan robots industriales en estaciones de trabajo automatizadas. Estos pueden ser programados para hacer diferentes tareas y secuencias dependiendo del producto. Un ejemplo de un FMS de ensamble está en el ensamble de componentes electrónicos.

(Video)

Otras estaciones y equipo

Estaciones de inspección pueden incorporarse a un FMS. Estaciones de inspección pueden ser máquinas coordinadas de medición, máquinas de visión, estación de medición de parámetros específicos al proceso (ph, dureza, rendimiento, funcionalidad, etc).

También pueden incluirse estaciones para limpiar partes o pallets, estaciones de enfriamiento, de remoción de rebabas, etc.

Sistemas de manejo de materiales y almacenamiento

Estos sistemas en un FMS tienen la función de:

●Realizar los movimientos aleatorios o independientes de partes entre estaciones●Manejar una variedad de configuraciones de partes de trabajo●Almacenamiento temporal●Acceso conveniente para cargar y descargar partes de trabajo●Ser compatible con el control computacional

Sistemas de manejo de materiales y almacenamiento

Sistema de manejo primario

El sistema de manejo primario establece el Layout básico del FMS y es responsable de mover partes entre estaciones en el sistema.

El sistema secundario consiste de dispositivos de transferencia, intercambiadores de pallets y mecanismos similares que se localizan en las estaciones de trabajo del FMS. Su función es la transferencia de material del sistema primario a la estación de trabajo.

Configuraciones de Layout de un FMS

La mayoría de las configuraciones de un FMS actualmente se pueden agrupar en:

(1) Layout de tipo en línea(2) Layout de lazo(3) Layout de escalera(4) Layout de campo abierto, y(5) celda centrada en un robot

El layout en línea

Las máquinas y el sistema de manejo de materiales están arreglados en una línea recta. Las partes se mueven de una estación de trabajo a la otra en una secuencia bien definida, con trabajo siempre moviéndose en una dirección sin flujo de regreso.

El Layout de lazo

Las estaciones de trabajo están organizadas en una lazo que es servido por un sistema de manejo departes en la misma forma de trayectoria cerrada. Las partes normalmente fluyen en una dirección alrededor del lazo con la capacidad de detenerse y ser transferidos a cualquier estación.

El layout de escalera

Consiste de un lazo con anillos entre secciones recatas del lazo, entre los cuales la estación de trabajo está localizada. Los anillos incrementan los posibles caminos de ir de una máquina a la próxima y no requerir sistemas secundarios. Esto reduce la distancia promedio de viaje entre estaciones y minimiza el congestionamiento del sistema de manejo de materiales.

Layout de campo abierto

El layout de Campo abierto consiste de múltiples lazos y escales y pueden incluir caminos laterales. Este tipo de layout es normalmente apropiado para procesar grandes cantidades de familias de partes. El número de máquinas diferentes puede ser una limitantes y las partes son ruteadas a diferentes estaciones de trabajo dependiendo de cual está disponible primero.

El layout centrado en robot

Usa uno o mas robots industriales como sistema de manejo de material. Estos robots pueden estar equipados con efectores finales que permiten un mejor manejo de partes.

Resumen de configuraciones de Layout

Configuración del Layout Sistema típico de manejo de materiales

Layout en línea Sistema de transferencia en líneaSistema de banda transportadoraSistema de vehículo guiado por vías

Layout de lazo Sistema de banda transportadoraCarros arrastrados en planta

Layout de escalera Sistema de banda transportadoraSistema de vehículos guiados automáticamenteSistema de vehículos guiados por vías

Layout de campo abierto Sistemas de vehículos guiados automáticamenteCarros arrastrados en planta

Layout centrado en robot Robots industriales

El sistema de control computacional

El FMS incluye un sistema de computo distribuido que es la interface entre estaciones de trabajo y el sistema de manejo de materiales, y otros componentes. El sistema central coordina las actividades de los componentes para que las operaciones se realicen suave y fluidamente. Puede ser agrupada en:

1. Control de la estación de trabajo. La dedicada a la operación de la estación de trabajo en sí. Recibe los comando e instrucciones del comando central.2. Distribución de las instrucciones de control a las estaciones de trabajo. Coordina el procesamiento que estaciones de trabajo debe de hacer.3. Control de la producción. El manejador de la mezcla de partes lanzadas al sistema. Maneja el área de entra y salida de materiales al sistema y asigna un identificados de seguimiento.

4. Control de tráfico. Este se refiere al manejo del sistema primario de movimiento de materiales entre estaciones de trabajo. El control de trafico se realiza a partir de interruptores, secciones de transferencia e identificación de partes y el movimiento de carga y descarga a las estaciones de trabajo.5. Control de abordaje. Se refiere al que controla al sistema secundario de transferencia de materiales a las estaciones de trabajo. 6. Monitoreo de pieza. Se encarga del seguimiento del estatus de las piezas de trabajo en los sistemas de transferencia.

7. Control de herramienta. Controla la locación de la herramienta en cada estación de trabajo y del monitoreo de la vida útil de las herramientas para su reemplazo o mantenimiento.8. Monitoreo y generación de reportes. Es la colección de datos de operación y rendimiento del FMS. Cada cierto periodo de tiempo se generan reportes para el manejo administrativo.9. Diagnóstico. Esta función está disponible para el monitoreo y prevención de posibles fallas en el sistema y reducir la posibilidad de paros en el sistema, aumentando con esto su disponibilidad.

El personal humano aún tiene ciertas funciones como:

(1) carga de materia prima al sistema(2) descarga de productos terminados del sistema(3) intercambio e instalación de herramientas(4) mantenimiento y reparación de equipo(5) programación de partes de control numérico(6) programación y operación del sistema de computo(7) administración general del sistema

Personal humano

Aplicaciones del FMS

Layout del FMS en Ingersolt-Rand, Virginia

Layout en Avco-Lycoming

FMS en Vought Aircraft

FMS de laminado de metal Wiedemann Division, Cross & Trecker, Co

Beneficios del FMS

● Incremento en la utilización de la máquina

● Menor número de máquinas requeridas

● Reducción de espacio requerido en la fábrica

● Mejor respuesta al cambio

● Reducción de requerimientos de inventarios

● Menores tiempos de manufactura

● Reducción de trabajo directo

● Aumento de productividad laboral

● Producción automatizada

Consideraciones para la planeación de un FMS

●Consideraciones de la familia de partes

●Requerimientos de procesamientos

●Características físicas de las partes de trabajo

●Volumen de producción

Esto nos especificará:

●El tipo de estaciones de trabajo●Posibles variaciones en las rutas y el layout del FMS●Sistema de manejo de materiales●Proceso dentro del trabajo y capacidad de almacenamiento●Herramientas●Fijaciones y pallets

Situaciones operacionacionales de los FMS

Podemos tener algunos problemas o situaciones en un FMS como:

Problemas de calendarización y despacho de producciónCarga en máquinasRuteo de partesAgrupación de partesManejo de herramientasAlocación de sujeciones y pallets

Conclusiones

Hemos visto generalidades de los Sistemas Flexibles de Manufactura

Criterios de clasificación de los FMS

Layout de FMS

Ejemplos

(FIN DEL MÓDULO II)

PRÓXIMA SESIÓN

MODELOS DE SISTEMAS DINÁMICOS