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1. Manejo/manipulación dematerial
Se define como “el movimiento, almacenamiento, protección
y control de materiales a través del proceso de
distribución y manufactura”
Las funciones de manejo de material en manufactura:
Carga y ubicación de las unidades de trabajo en cada
estación de trabajo
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escarga e as un a es e ra a o es e a es ac ndespués del procesado
Unidad de trabajo de transporte entre estaciones
Categorías de equipos y
métodos de manejo de material
Transporte de material – equipo utilizado para mover
partes y materiales entre estaciones de trabajo
Almacenamiento de material- equipos y métodospara almacenamiento temporal de materias primas,
trabajo en proceso (work-in-process) y bienes finales
Unificación unitizin – contenedores utilizados ara
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mantener items individuales durante transporte y
almacenamiento, así como equipos usados para
preparar esas cargas unitarias
Ejemplo: palets
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5 tipos principales de equipos detransporte de materiales
1. Tractores industriales
Operados manualmente
Automáticos
Las más importantes: carretillas elevadoras
2. Vehículos automatizados ( Automated guided
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– -
3. Vehículos por raíles
4. Transportadores
5. Grúas y montacargas
Equipos de transporte de
material
(a) Carretilla elevadora, (b) AGV, (c) transportador de rodillo
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Dos categorías generales desistemas de transporte de
materiales
Se distinguen de acuerdo con el tipo de ruta entre estaciones
de trabajo
1. Ruta fija – Todas las unidades de trabajo se mueven a
través de la misma secuencia de estaciones de trabajo
Ejemplos: líneas de montaje manual, líneas de
transferencia automatizada
2. Ruta variable – diferentes unidades de trabajo se mueven
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a través de secuencias de estaciones de trabajo diferentes Ejemplos: manufactura celular, sistemas de
manufactura flexible (FMS)
2. Líneas de producción
Clase importante de sistemas de manufactura para
grandes cantidades de productos idénticos o similares
El trabajo total se divide en tareas pequeñas, ytrabajadores o máquinas realizan dichas tareas con
gran eficiencia
E em los:
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Productos montados (e.g., automóviles y aparatos)
Partes de maquinaria producidas en masa (p.e.,
bloques de motor y piezas de transmisión)
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Línea de producción
Una serie de estaciones de trabajo dispuestas de
forma que el producto se mueve de una estación
a otra, y en cada se realiza una parte del trabajo
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Operación de la línea de
producción
La velocidad de producción de la línea se determina por su
estación más lenta
Llamada la estación bottleneck
La transferencia de un producto a lo largo de la línea sueleser por un dispositivo de transferencia mecánica o un
sistema de transportadores
Algunas líneas manuales pasan el producto entre
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estaciones
Las líneas de producción están asociadas con la producción en
masa
Algunas líneas se usan para producción por lotes o batch
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Variaciones de producto
Las líneas de producción pueden diseñarse parasoportar variaciones en modelos de productosiempre que la variedad de productos sea “soft”
3 tipos de línea:
1. Línea de modelo simple- produce solo unmodelo y no hay variación del mismo
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. –modelo, pero en lotes
3. Línea del modelo mezclados – se entremezclanmúltiples modelos más que producirlos en lotes
Líneas de modelos mezclados
Ventajas sobre la línea de modelos por lotes:
No hay pausas entre modelos
Evita situaciones típicas en producción porlotes en las que hay grandes inventarios de
algunos modelos mientras que otros están
fuera de stock
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La mezcla de modelos puede cambiarse en
respuesta a la demanda
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Líneas de modelos mezclados
Problemas:
Asignación de tareas a estaciones de trabajo de
modo que es más complejo que todos los
trabajadores tengan la misma carga de trabajo
Las planificación (determinación de la secuencia en
modelos) es un problema no como en el caso de
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Logística (seleccionar las partes adecuadas para
cada estación de trabajo para el modelo de trabajo
de cada momento en dicha estación) más difícil
Métodos de transporte de trabajo
Métodos manuales
Pasar las unidades de trabajo entres estaciones a mano
Métodos mecanizados
Sistemas mecánicos automáticos para mover unidades de
trabajo a lo largo de la línea
Transportadores automáticos para líneas manuales
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automáticas
Ventaja de los métodos mecanizados: pueden utilizarse
para marcar la ruta y el ritmo de la línea
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Transporte de trabajomecanizado
1. Sistemas de transferencia continua – transportador con
movimiento continuo y a velocidad constante
Común en líneas de montaje manuales
2. Transferencia síncrona– partes con movimiento simultáneo
entre estaciones con un movimiento discontinuo
Común en líneas de transferencia automatizadas
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3. Sistemas de transferencia asíncrona – cada unidad detrabajo se mueve independientemente, en vez de
sincronamente
Permite el uso de colas entre estaciones
Dos tipos básicos de líneas de
producción
1. Líneas de montaje manual
Trabajadores y estaciones de trabajo realizan las
operaciones de montaje Un problema importante es el balanceo de la
línea
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Las estaciones de trabajo son automatizadas
Problema importante: fiabilidad del sistema
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3. Línea de montaje manual
Cada trabajador realiza una tarea en su estación de
trabajo, y un transportador mueve las partes entre
estaciones de trabajo
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El problema de balance de la
línea
Problema: asignar tareas a los trabajadores de modo que
tengan la misma cantidad de trabajo
Trabajo total a llevar a cabo en la línea = el contenidode trabajo total
Contenido total de trabajo puede dividirse en elementos
de traba o racional mínimo, ue lleven a camo al unas
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pequeñas proporciones del contenido total de trabajo
Los elementos de trabajo racional mínimo deben
agruparse en tareas lógicas y asignarse a los
trabajadores en estaciones
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Porqué los tiempos de tarea de laestación son diferentes
Diferentes elementos de trabajo requieren tiempos diferentes
Cuando se agrupan en tareas lógicas y se asignan a lostrabajadores, los tiempos de servicio no van a ser igualesdebido a las diferencias en los tiempos de los elementos
Precedence constraints = restricciones ordenadas en las quepueden ser realizados los elementos de trabajo
Estas y otras limitaciones hacen virtualmente imposible
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alcanzar el balanceo perfecto Algunos trabajadores terminarán con más trabajo,
mientras que otros tendrán menos
Eficiencia de balance de la línea Eb
Definido como el contenido de trabajo total dividido por
el tiempo de servicio disponible en la línea
Eb = Twc/wTs
donde Twc = contenido total de trabajo = suma de
todos los tiempos de cada elemento de trabajo, y wTs
= tiem o de servicio dis onible total en la línea, w =
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número de trabajadores en la línea, y Ts = el tiempo
de servicio más largo en la línea
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Ejemplo: línea de montaje manual
Se está planeando una línea de montaje manual para un producto cuya
demanda anual es de 90000 unidades. Para las unidades de trabajo
adjuntas se va a usar un transportador de movimiento continuo. El
tiempo de contenido de trabajo es de 55 min. La línea funcionará 50
semanas/año, 5 turnos/semana, y 8 horas/día. Cada trabajador se le
asignará una estación de trabajo separada. Basándose en lasexperiencias anteriores, se asume que la eficiencia de la línea será
0.95, la eficiencia de balance de la línea 0.93, y el tiempo de reposición
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.
a. La velocidad de producción horaria para satisfacer la demanda.
b. El número de trabajadores y estaciones de trabajo requeridas.
c. El valor mínimo ideal de trabajadores.
Nivel de personal (Manning
Level)
Número de estaciones de trabajo en un montaje manual no es
necesariamente igual al número de trabajadores
Para una estación determinada, manning level Mi = número de
trabajadores wi en la estación
Para la línea completa: wM
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donde:
M = nivel de personal medio para la línea de montaje;
w = número de trabajadores en la línea;
n = número de estaciones
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4. Líneas de producciónautomática
Estaciones de trabajo automatizadas múltiples
conectadas por un sistema de transferencia de
partes cuya actuación se coordina con el tiempo de
servicio de la estación
Idealmente, no hay trabajadores en la línea, excepto
para realizar funciones auxiliares como
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Cambio de herramientas
Carga y descarga de partes
Reparación y mantenimiento
Operaciones en líneas automáticas
Operaciones realizadas por estaciones automatizadas
tiemden a ser más simples que aquellas realizadas por
humanos en líneas manuales
Las tareas simples son más fáciles de automatizar
Tareas que son más fáciles de automatizar normalmente
consisten en:
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emen os e ra a o s mp es
Movimientos de actuación rápidos
Movimientos de alimentación en línea recta como en
maquinación
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Tipos de líneas automatizadas
Dos categorías básicas:
1. Líneas que realizan operaciones de procesado
Ejemplo: línea de transferencia (maquinación)
2. Líneas que realizan operaciones de montaje
Ejemplo: máquina de montaje automático
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Layouts de líneas de producción
automatizadas
Layout In-line como en una línea de transferencia
que realiza operaciones de maquinación
Circular entorno a una máquina (dial indexingmachine)
Cinta transportadora (carousel) – habitual en
sistemas de monta e automatizados
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Línea de transferencia que realiza
operaciones de maquinación
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Dial Indexing Machine
La mesa de trabajo gira parcialmente (indexes) al final de
cada ciclo para colocar partes en la estación siguiente en
secuencia
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Sistemas de montajeautomatizados
Una o más estaciones realizan operaciones de montaje, como
partes añadidas y/o fijándolas a una unidad básica
Dos categorías básicas:
1. Células de montaje de estación simple
A menudo organizadas entorno a un robot industrial
2. Sistemas de montaje de estación múltiple
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Producción másica de productos pequeños como
bolígrafos, cigarrillos, linternas e items similares
Sistemas de montaje
automatizado
Tres configuraciones comunes de sistemas de
montaje de estación múltiple: (a) in-line, (b) rotatorio, y
(c) carousel
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Ejemplo: línea de montajeautomatizada
Una línea de transferencia automatizada tiene 20 estaciones y un tiempo
de ciclo ideal de 1.0 min. La probabil idad de fallo de una estación es
p=0.01, y el tiempo medio de parada cuando hay una avería es de 10
min. Determine:
a. La velocidad de producción media.
b. La eficiencia de la línea.
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5 Manufactura celular
Uso de células de trabajo que se especializa en la
producción de familias, partes o productos hechos en
cantidades medias
Partes y productos en este rango cuantitativo se
hace tradicionalmente en lotes
Desventa as de la roducción or lotes:
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Tiempo inactivo para los cambios
Elevados costes de transporte de inventario
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Manufactura celular
Manufactura celular se basa en el enfoque llamado
tecnología de grupos (group technology –GT-)
GT minimiza las desventajas de la producción por
lotes reconociendo que auque las partes sean
diferentes, hay familias de partes que poseen
similaridades
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Cuando estas similaridades se explotan enproducción utilizando células de trabajo, se
mejoran las eficiencias de operación
Familia de partes
Un grupo de partes que poseen similaridades en forma
y tamaño geométrico, o en las etapas de procesado
usados en su manufactura
‘Familias de partes’, la característica central de la
tecnología de grupos
Siem re ha diferencias entre artes en una
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familia
Pero las similaridades son lo suficientemente
cercanas como para que las partes puedan
agruparse en la misma familia
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Diseño de familias de partes
Dos partes que son idénticas en forma y tamaño pero
bastante diferentes en manufactura: (a) 1,000,000
units/yr, tolerance = 0.010 inch, 1015 CR steel, nickel
plate, (b) 100/yr, tolerance = 0.001 inch, 18-8 stainless
steel
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Manufactura de familias de
partes
10 partes diferentes en
tamaño y forma, pero
muy similares en
manufactura
Todas se maquinizan
de una materia cilíntrica
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Algunas partes
requieren perforación
y/o fresado
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Formas de identificar familias departes
1. Inspección visual
Utilizar el mejor juicio para agrupar partes en familias,
basandose en las partes o en fotos de las mismas
2. Análisis de flujo de producción
Utilizar la información contenida en fichas de rutas para
clasificar partes en familias de manufactura
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3. Clasificación y codificación de partes Identificación de similaridades y diferencias entre
partes y relacionarlas por medio de un esquema de
codificación
Clasificación y codificación de
partes
La mayor parte de los sistemas de clasificación y
codificación son uno de los siguientes:
Sistemas basados en atributos de diseño de partes Sistemas basados en atributos de manufactura de
partes
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diseño
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Atributos de partes en laclasificación y codificación de
partes
Dimensiones principales Proceso principal Dimensiones principales
Forma externa básica Secuencia de operación Forma externa básica
Forma interna básica Tamaño de lote Relación
longitud/diámetro
Relación longitud/diámetro Producción anual Tipo de material
Tipo material Herramientas de maquinación Tolerancias
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Función de partes Herramientas de corte Finalización desuperficie
Tolerancias
Finalización de superficie
Beneficios de la clasificación y
codificación de partes
Facilita la formación de familias de partes
Permite rápida recuperación de dibujos de diseños de parte
Reduce la duplicación de diseños
Promueve la estandarización de diseños Mejora la estimación y contabilidad de costes
Facilita la programación de partes por control numérico (NC)permitiendo a partes nuevas usar el mismo programa de partes
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que as par es ex s en es en a m sma am a –so o cam an osparámetros de las partes
Es viable la planificación del proceso asistida porordenador(Computer-aided process planning –CAPP)
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Características y operacionescorrespondientes
Nivel Característica de diseño Operación de manufactura
correspondiente
1 Cilindro externo Torneado
2 Revestido del cilindro Revestimiento
3 Etapa cilíndrica Torneado
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5 Hueco axial Perforación
6 Contrataladro Contrataladrado
7 Roscas internas Fresado
Diseños de células de
maquinado
Máquina simple
Máquinas múltiples con manejo manual
Máquinas múltiples con manejo mecanizado
Célula de manufactura flexible
Sistema de manufactura flexible
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Tipos de células GT
(a) Máquina simple
(b) Máquinas
múltiples con
manejo manual
(c) Máquinas
múltiples con
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mane o mec n co (d) Célula de
manufactura
flexible
Tipos de células GT
(e) Sistema de manufactura flexible
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Beneficios de la tecnología degrupos
Herramientas de estandarización, sujecciones fijas, y montajes
se intensifican
Manejo de material se reduce – las partes se mueven en una
célula de maquinación más que en la instalación
La planificación y programación de proceso se simplifican
Work-in-process (WIP) y lead time (tiempo de proceso) se
reducen
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Mayor satisfacción del trabajador en una célula de tecnologíade grupos
Calidad del trabajo más elevada
Problemas en la tecnología de
grupos
Identificación de familias de partes (el mayor
problema)
Si la planta hace 10,000 partes diferentes, larevisión de todos los diseños y agrupamiento de
partes en familias, es una tarea sustancial
Reordenación de las ma uinas de roducción en la
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planta en células de máquinas apropiadas
Lleva tiempo planificar y llevar a cabo este
reordenación, y las máquinas no producen
durante el cambio
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6. Sistemas de manufacturaflexible
Célula de máquinas de GT altamente automatizada, consistente en un
grupo de estaciones de procesado (normalmente CNC),
interconectadas por un sistema de manejo y almacenamiento de
material automatizado, y controlado por un sistema de
computadores integrado
Un sistema de manufactura flexible (Flexible Manufacturing System
–FMS-) respalda los principios de la tecnología de grupos
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No hay un sistema de manufactura que pueda producir unrango ilimitado de productos
Un FMS es capaz de producir una familia de partes simples
o un rango limitado de familias de partes
Pruebas de flexibilidad
Para clasificarse como flexible, un sistema debería satisfacer
los criterios siguientes: (“si” como respuesta a cada
cuestión):
1. ¿Puede procesar diferentes estilos de partes en modo
continuo?
2. ¿Puede aceptar cambios en el programa de producción?
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. ¿ ue e respon er a os a os y aver as en os equ pos
4. ¿Puede acomodar la introducción de nuevos diseños de
partes?
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Célula de manufactura automática
Una célula de manufactura automática con dos
herramientas de máquinas y un robot, pero ¿es una
célula flexible?
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¿Es flexible la célula de trabajo
robótica?
1. ¿Puede mecanizar diferentes configuraciones de partes en
una mezcla más que en lotes?
2. ¿Puede cambiarse la programación de la producción y la
mezcla de partes?3. ¿Puede operar si una máquina se estropea?
Mientras esta se repara ¿puede asignarse su trabajo
temporalmente a otra?
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4. Como se diseñan nuevos diseños de partes, pueden los
programas de partes de control numérico escribirse fuera de la
línea y grabar en el sistema para su ejecución?
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Componentes FMS
Componentes de hardware
Softwar e y funciones de control
Trabajo humano
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Componentes de hardware
Estaciones de trabajo
Máquinas de control numérico por ordenador
(Computer Numerical Control) en un sistema tipode maquinado
Sistema de manejo de materiales
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Ordenador de control central
Para coordinar actividades de los componentes y
alcanzar una operación del sistema homogénea
media
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Cinco tipos de layouts FMS
1. In-line
2. Loop
3. Ladder
4. Open field
5. Robot-centered cell
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ayou s co e un s s ema e manu ac uraflexible se estabiliza por el sistema de manejo de
material
FMS In-Line Layout
(a) In-line layout y (b) ladder layout
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FMS Open Field Layout
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Funciones computacionales
típicas en un sistema de
manufactura flexible
Programación de partes por control numérico
Desarrollo de programas de control numérico para
las partes nuevas introducidas en el sistema Descarga del programa de control numérico
Programas de partes deben descargarse en las
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Control de máquinas
Las estaciones individuales requieren controles,
normalmente por control numérico por ordenador
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Más funciones deordenador en un sistema
de manufactura flexible
Control de la producción
Mezcla de productos
Programación de las máquinas
Control de las partes de trabajo
Estado en monitor para cada parte de trabajo en el sistema
Estado en monitor status de llos soportes fijos de los pallets
Instrucciones de carga/descarga de las partes fijas de los
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pallets Control del transporte
Control del sistema de manejo de trabajo
Más funciones de
ordenador en un sistema
de manufactura flexible
Gestión de herramientas
Control del inventario de herramientas
Estado de las herramientas relativo a la vida esperadade las herramientas
Cambio y reafilado de herramientas
Transporte a y deste el afilado de herramientas
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Gestión del sistema
Recopilación de informes de gestión sobre el
funcionamiento (utilización, computo de piezas,
velocidades de producción, etc.)
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Funciones del trabajohumano
Carga y descarga de partes desde el sistema
Cambio y ajuste de herramientas de corte
Mantenimiento y reparación de equipos
Programación de partes por control numérico
Programación y operación del sistema de
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Gestión global del sistema
Aplicaciones del sistema de
manufactura flexible
Maquinado – aplicaciones más comunes en la
tecnología de sistemas de manufactura flexible
Montaje Inspección
Procesado de hojas metálicas (perforación, corte,
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,
Forja
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Variedad de productos vs.Cantidad de productos
Aplicación de
características de
sistemas y células de
manufactura flexible
relativas a otros tipos
de sistemas de
producción
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Un sistema de manufactura
flexible in-line de 5
estaciones para maquinación
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Beneficios típicos de lossistemas de manufactura flexible
Mayor utilización de máquinas que en los talleres de
máquinas convencionales debido a:
Mejor manejo del trabajo
Montajes off-line
Programación mejorada
Reduced work-in-process debido a la producción continua
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más que la producción batch Tiempos de proceso (lead times) de manufactura
menores
Mayor flexibilidad en la programación de producción
7. Manufactura integrada por
computador (Computer Integrated
Manufacturing –CIM-)
El uso dominante de sistemas de ordenadores en una
organización de manufactura para:
Monitorizar y controlar operaciones Diseño del producto
Planificar y controlar los procesos de manufactura
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la dirección
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Cuatro funciones generales enuna empresa de manufactura
1. Diseño de producto – reconocimiento de la
necesidad de un producto y diseño de la solución de
valor comercial
2. Planificación de la manufactura – cambio de las
especificaciones de diseño a el plan para producir el
producto
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3. Control de la manufactura - control de los procesos,control de taller, control de calidad
4. Funciones de negocio – información orientada al
negocio y actividades de procesado de datos
Sistemas de ordenadores
en el diseño de productos
Sistemas Computer-aided design (CAD):
Modelización geométrica de las partes y montajes
en el producto Análisis ingenieril como modelización por
elementos finitos
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Delineación automatizada
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Sistemas de ordenadores en laplanificación de la manufactura
Sistemas computer-aided manufacturing (CAM):
Computer-aided process planning (CAPP)
Programación de portes por control numérico
Programación de la producción
Planificación de los requerimientos materiales
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an cac n e a capac a
Sistemas de ordenador en el
control de la manufactura
Sistemas computer-aided manufacturing (CAM):
Control del proceso por ordenador
CNC (computer numerical control) Control de la production
Control de inventario
Control de taller
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Control de calidad
Computer-aided inspection (visión demáquinas, máquinas de medida coordinadas)
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Sistemas de ordenador enfunciones de negocio
Sistemas de procesado de la información
computerizada coorporativa y de procesado de
datos:
Orden de entrada
Sistemas de orden de entrada computerizados
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Nóminas (payroll)
Contabilidad de costes (cost accounting)
Sistemas y Módulos de ordenador
CIM (Computer Integrated
Manufacturing)
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