SISTEMAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE

INTRODUCCION A LAS TECNOLOGIAS DE SISTEMAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE.SISTEMAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE

11. INTRODUCCION A LAS TECNOLOGIAS DE SISTEMAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE.

1.1 sistemas de manufactura.1.2 definicin de sistema de manufactura flexible1.3 historia de los Sistemas de manufactura flexible1.4 componentes de un sistema de manufactura flexible1.5 clasificacin de los sistemas de manufactura flexible1.6 justificacin financiera.2SISTEMAS DE MANUFACTURA ( DEFINICIN Y CLASIFICACIN)SISTEMA.Es un conjunto de partes oelementos organizadas y relacionadas que interactan entre s paralograrun objetivo.

Segn Bertalanffy, Sistema es un conjunto de unidades recprocamente relacionadas. De ah se deducen dos conceptos: propsito (u objetivo) y globalismo (o totalidad).

3Los sistemas reciben (entrada) datos, energa o materia del ambiente y proveen (salida) informacin, energa o materia.

SALIDAPROCESOENTRADA4TIPOS DE SISTEMASEn cuanto a su constitucin: Sistemas fsicos o concretos Sistemas abstractos En cuanto a su naturaleza: Sistemas cerrados Sistemas abiertos

5SISTEMAS FISICOS O CONCRETOS Y SISTEMAS ABSTRACTOS a) Sistemas fsicos o concretos, cuando estn compuestos por equipos, por maquinaria y por objetos y cosas reales. Pueden ser descritos en trminos cuantitativos de desempeo.

b)Sistemas abstractos, cuando estn compuestos por conceptos, planes, hiptesis e ideas. Aqu, los smbolos representan atributos y objetos, que muchas veces slo existen en el pensamiento de las personas.

En realidad, en ciertos casos, el sistema fsico (hardware)opera en consonancia con el sistema abstracto(software).el ejemplo muy sencillo seria el de una escuela con sus salones de clases, pupitres, tableros, iluminacin, etc.(sistema fsico), para desarrollar un programa de educacin(sistema abstracto);6SISTEMAS ABIERTOS

El sistema abierto como organismo, es influenciado por el medio ambiente e influye sobre el, alcanzando un equilibrio dinmico en ese sentido.

La categora ms importante de los sistemas abiertos son los sistemas vivos. Existen diferencias entre los sistemas abiertos (como los sistemas biolgicos y sociales, a saber, clulas, plantas, el hombre, la organizacin, la sociedad).

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8SISTEMAS CERRADOSa)Sistemas cerrados: Son los sistemas que no presentan intercambio con el medio ambiente que los rodea, pues son hermticos a cualquier influencia ambiental. As, los sistemas cerrados no reciben ninguna influencia del ambiente, y por otro lado tampoco influencian al ambiente.Los autores han dado el nombre de sistema cerrado a aquellos sistemas cuyo comportamiento es totalmente determinstico y programado y que operan con muy pequeo intercambio de materia y energa con el medio ambiente. El trmino tambin es utilizado para los sistemas completamente estructurados, donde los elementos y relaciones se combinan de una manera peculiar y rgida produciendo una salida invariable. Son los llamados sistemas mecnicos, como las mquinas.9

10MANUFACTURAEs la transformacin de las materias primas en un producto totalmente terminado que ya est en condiciones de ser destinado a la venta.Conocida adems comoindustria secundaria, la manufactura engloba a una variedad enorme, artesana, alta tecnologa, entre otros, aunque generalmente al trmino se lo aplica para referirse a la produccin industrial que transforma las materias primas en bienes terminados.

11HISTORIA DE LA MANUFACTURAEl origen de la manufacturamoderna se ubica hacia finales del siglo XVIII, ms precisamente en el 1780 con el hito que marc laRevolucin Industrial britnica que se extendera en un primer momento a toda Europa, luego a Amrica del Norte y finalmente al resto del mundo, antes de este momento lo que mandaba y dominaba era la produccin de tipo artesanal.12SISTEMAS DE MANUFACTURAProcesos integrados de produccin orientados al logro de la calidad, basados en la optimizacin del uso de recursos, y en los cuales las decisiones sobre productos, procesos, organizacin e informacin interactan y afectan el desempeo global de la empresa.Los sistemas modernos de manufactura son dinmicos y globales, y se basan en una produccin "ligera" (lean production) en las fases de toma de decisin, diseo, proyecto, ejecucin y control, que sustituye a la produccin "pesada" o gruesa (pal production). Estos sistemas constituyen una ruptura con los principios tayloristas y fordistas de organizacin del proceso de trabajo (escala, flexibilidad, especializacin).13PRINCIPALES SISTEMAS MODERNOS DE MANUFACTURACAD/CAM (Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing) , Diseo Asistido por Computadora/Manufactura Asistida por Computadora)

FMS/CJM (Flexible Manufacturing Systems/Computer Integrated Manufacturing, Sistemas Flexibles de Manufactura/Manufactura Integrada por Computadora)

JIT (Just-in-Time, Justo-a-tiempo)

TQC/TQM (Total Quality Control/Total Quality Management, Control Total de la Calidad/Gestin Total por la Calidad)

MRPJ/MRPII (Material Requirement Planning/Manufacturing Requirement Planning, Planificacin de Requerimientos Materiales/Planificacin de los Re-cursos de Manufactura

141.2 DEFINICION DE SISTEMA DE MANUFACTURA FLEXIBLEEl concepto de sistemas de manufactura flexible es relativamente nuevo, se introduce como tal a finales de la dcada de los sesenta, as han transcurrido aproximadamente cuarenta aos desde que se empez a usar como una nueva tecnologa de produccin y ha demostrado ser un sistema muy eficiente y proporcionado un costo unitario muy bajo.

Un Sistema de Manufactura Flexible (SMF) puede tener varias definiciones segn el punto de vista que se quiera ver. A continuacin se presentan algunas de estas definiciones:

Es un proceso bajo control automtico capaz de producir una variedad de productos dentro de una gama determinada. Es una tecnologa que ayuda a optimizar la fabricacin con Mejores tiempos de respuesta, menor costo unitario y calidad ms alta, mediante mejores sistemas de control y gestin.

Los SMF se definen como sistemas de produccin controlados por una computadora central y que son capaces de producir o procesar una amplia variedad de piezas.15HISTORIA DE LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE (SMF).Despus de la Segunda Guerra Mundial se dieron cambios importantes en los sistemas de produccin en el mbito mundial. Surgieron productos de formas cada vez ms complicadas para su fabricacin, adems, los consumidores se volvieron cada vez ms exigentes en cuanto a la calidad del producto. Por lo tanto, los productos tuvieron que adaptarse a las demandas de un mercado cada vez ms amplio y exigente, ofrecindose en una ampla gama de variantes para adaptarse a los gustos y necesidades de los c1entes, exigindose una garanta de calidad "cero defectos" y un ciclo de vida corto debido a las constantes incorporaciones de nuevas y sofisticadas tecnologas.16Los SMF pronto demostraron su enorme potencial al resolver con gran xito carencias de los sistemas convencionales de produccin. Elevaron en gran porcentaje la produccin, de igual manera elevaron la calidad del producto y disminuyeron los unitarios. Se usan las tcnicas del Just in time es decir, disponer de materiales y correctas en cantidad, tipo, y en el momento y lugar preciso. La fabricacin transforma los clsicos talleres con mquinas Rodeadas de piezas esperando sus procesos continuos de mecanizado.17DIAGRAMA DE SISTEMA MANUFACTURA FLEXIBLE

Para flexibilizar el proceso, se reducen al mnimo los tiempos de preparacin de mquinas; se automatizan almacenes, transportes, mantenimiento de mquinas y flexibiliza la mano de obra con mayor formacin.181.4 COMPONENTES DE UN SISTEMA DE MANUFACTURA FLEXIBLEEl trabajo que normalmente se asigna a un sistema de manufactura flexible es mecanizar o conformar pequeos lotes de un determinado tipo de piezas, en forma totalmente automtica.

Para ello, deben ser complementados algunos de los aspectos tecnolgicos de las mquinas de control numrico convencionales incluidas en la clula mediante componentes y dispositivos que permitan realizar las siguientes funciones: preparacin automtica de los medios de produccin; manipulacin automtica de piezas, mordazas y elementos de medida; control automtico de seguridad en la calidad y, finalmente, supervisin y diagnstico, tambin automatizados, de la realizacin del proceso.

los componentes bsicos de un SMF son:

19Computadora central.El desarrollo de la microelectrnica y por consecuencia el uso de las computadoras ha sido indispensable en el desarrollo de los SMF, el uso de computadoras ha hecho posible el actual xito de estos sistemas de produccin y con ellas la importancia de sus caractersticas principales: automatizacin, flexibilidad, productividad y optimizacin de costos.20Cualquier SMF requiere del uso de equipo de computo, independientemente del SMF que se utilice, lo que no cambia de uno a otro es el uso de la computadora central, siempre debe haber una porque es la que controla al sistema completo incluyendo mquinas de control numrico por computadora (CNC) y el sistema para el manejo y transporte de materiales, Un SMF es tan eficiente y verstil como lo sea el software que lo controla, as la flexibilidad total del sistema se basa en la capacidad del software del programa para coordinar efectivamente a todos los elementos que integran el sistema.21A su vez La computadora central ejerce el control del sistema completo de computadoras en el sistema, coordina totalmente el sistema de produccin, monitoriza el sistema ante cualquier rotura de herramientas, maquinaria o transportes y alerta a los supervisores de esa contingencia.Tambin determina el trabajo de cada mquina y las rutas de transporte de los productos a la mquina apropiada para optimizar la produccin y el uso de ellas.22

Computadora central de un SMF con el software correspondiente.23Mquinas controladas numricamente

Tal vez el elemento ms caracterstico y representativo de un SMF es la mquina CNC.

Se trata de la mquina herramienta que se encarga del trabajo de maquinado dentro del sistema y puede ser una mquina NC (control numrico), DNC (control numrico directo), CNC (control numrico por computadora) o una combinacin de stas.

En toda instalacin de fabricacin flexible, desde la ms pequea clula al taller ms complejo, el elemento bsico es la mquina herramienta de control numrico, en general con computadora integrada (CNC).24El tipo de maquinaria que se utiliza en un SMF de mecanizado es exclusivamente de control numrico. Sobre cada configuracin bsica suelen existir importantes opciones, tanto mecnicas como en el sistema de control, lo que permite realizar la supervisin del proceso de mecanizado, el cambio automtico de herramienta, el control del estado de herramientas, etc.Con dispositivos aportados por la propia mquina. El control numrico de las mquinas herramientas simplemente es el control de las funciones de la mquina herramienta por medio de instrucciones en clave.25Maquinas CNC

26ROBOTSUno de los elementos ms representativos de los actuales sistemas de produccin lo constituyen los robots industriales que cuentan con elevado grado de flexibilidad y adaptabilidad a las variaciones del entorno. Estas caractersticas permiten que sean utilizados cada vez ms en una amplia gama de actividades. Se trata de los mecanismos que se encargan de abastecer de piezas a las mquinas en un SMF para que stas trabajen de forma continua y automtica.En los SMF, los robots trabajan conjuntamente con las mquinas NC o bien se utilizan directamente para la mecanizacin de piezas. Para conseguir un desarrollo de 1a fabricacin automtica exento de problemas los robots industriales precisan de sensores adecuados. Con su ayuda, se pueden detectar y corregir inmediatamente situaciones problemticas o de peligro evitar daos mayores o paradas de la produccin.27Robots

28Sistemas para el transporte de materiales

Por lo que se refiere a los elementos de transporte, su objetivo es el transporte d piezas entre clulas y almacenes. Existen diversos dispositivos que se pueden c1asific en dos grandes grupos: bandas transportadoras y vehculos automticamente guiad (AGV). Entre los primeros se encuentran las soluciones clsicas como las bandas transportadoras, rodillos, dispositivos neumticos, etc. Se trata, en general, de sistemas bastante rgidos, aunque controlables, si se desea, por la computadora de transporte. Los segundos, por el contrario, aportan un elevado grado de flexibilidad al sistema. Cuentan con caminos prefijados por carriles, cable enterrado o marcas pticas, que les permiten llevar a cabo la tarea encomendada; bajo el control de la computadora que lleva el propio vehculo. Son vehculos autopropulsados mediante un sistema de bateras situadas a bordo y motores de traccin controlados tambin por una computadora a bordo29SISTEMAS DE TRANSPORTE DE MATERIALES

301.5 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE.

El sistema ms sencillo de manufactura flexible se conoce como mdulo de manufactura flexible (MMF) y consiste en una mquina CNC mejorada con un carrusel de herramientas y un intercambiador de piezas. Tomando como base a este mdulo de manufactura flexible se pueden construir sistemas ms complejos.

As pues, en un SMF pueden considerarse tres niveles de aplicacin.

La clula flexible.La lnea o grupo flexible.El taller flexible.

La diferencia no est tanto en el nmero de mquinas que las componen, sino en un nivel cada vez mayor de integracin de las funciones de produccin.

31LA CLULA FLEXIBLE.Est formada por unas pocas mquinas, en ocasiones slo una, dotadas de control numrico con dispositivos de cambios de herramientas y piezas, con almacenes a pie de mquina para garantizar su autonoma durante varias horas, y una computadora que coordina los elementos de mecanizado, manutencin y transporte entre las mquinas. Son capaces de mecanizar totalmente o casi totalmente una cierta categora de piezas, incluyendo fases de control de calidad32

Distribucin de una clula de manufactura flexible.

Ejemplo de una clula de manufactura flexible.33LINEAS FLEXIBLESVarias mquinas de control numrico o clulas flexibles se relacionan entre s mediante un sistema de transporte de piezas e identificacin de las mismas. En general disponen en lnea de almacenes de piezas y herramientas automatizadas. Permiten la entrada al azar de gran diversidad de piezas y el software las asigna a la mquina ms adecuada. La computadora que coordina la lnea realiza tambin funciones de planificacin y programacin de la produccin34

Distribucin de una lnea de manufactura flexible.

Ejemplo de una lnea de manufactura flexible.35TALLER FLEXIBLETiene todas las funciones de fabricacin incorporadas e integradas dentro de la filosofa de fabricacin flexible. Los sistemas de recepcin, inspeccin, almacenaje, transporte, mecanizacin, verificacin, montaje inspeccin y distribucin, centralizadas o distribuidas segn proceda, estn totalmente automatizados y coordinados por una computadora central y a travs de las computadoras satlites de cada funcin o taller. 36

Esquema de control de un SMF37

Esquema de control de un SMF38VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN SMFLos SMF tienen un sin nmero de ventajas que le han permitido estar en la actualidad a la vanguardia en cuanto a sistemas de produccin. A continuacin se mencionan algunas de las ventajas ms importantes:

Capacidad de modificar rpidamente los programas de fabricacin, tanto en cantidad como en tipo de piezas. Capacidad de absorber los cambios de diseo y especificacin de las piezas. Capacidad de trabajo desatendido en largos periodos de tiempo. Mano de obra cero. Capacidad de garantizar una calidad de cien por cien. Calidad Alta: Fallos mnimos. Capacidad de trabajo sin stocks intermedios. Poltica stock-cero. Posibilidad de utilizacin de los equipos al 100%. Paro-cero. Mantenimiento preventivo. Averas-cero. Capacidad de entrega inmediata de los pedidos. Plazo-cero. Costos reducidos por unidad.39Este sistema tambin tiene algunas desventajas que no se pueden tomar a la ligera, son mnimas pero se tienen que estudiar bien antes de implementar el sistema.

Alto costo inicial. Necesidad de personal altamente calificado para la implementacin del sistema. Desplazamiento de mano de obra no calificada.402. TECNOLOGIAS PARA GENERACION DE DATOS DE MAQUINABILIDAD.

2.1 Conceptos bsicos.2.2 Lenguaje de programacin.2.3 Generacin de Transferencias2.4 Programacin de Sistemas de mecanizado y corte2.5 Taladros.2.6 Tornos.2.7 Fresadoras2.8 Rectificadoras2.9 Centros de maquinado, equipos de corte laser, agua y plasma, Electroerosionadoras.2.10 integracin CAD/CAM.41MAQUINAS CNCIntroduccin.El control numrico ha dado a la industria, nuevos y mayores controles en el diseo y fabricacin de productos. Hoy, muchos miles de mquinas de control numrico se usan en talleres grandes y pequeos de maquinado. En estos talleres, las mquinas CNC se pueden usar para controlar un taladro sencillo, para fresar una pieza demasiado compleja para maquinar y que por mtodos convencionales resultara demasiado cara hacerla, etc. Las mquinas de control numrico estn disponibles actualmente en una gran variedad de tipos y medidas; como son: tornos, taladros, fresadoras, mandrinadoras, centros de maquinado, rectificadoras, punzonadoras, mquinas de electroerosin, mquinas de soldar, dobladoras, bobinadoras, manipuladores, etc.42El control numrico de las mquinas herramientas simplemente es el control de las funciones de la mquina herramienta por medio de instrucciones en forma de cdigos. A continuacin se mencionan algunos conceptos importantes para tener una mejor comprensin del funcionamiento de estas mquinas.

Control numrico (NC) Es el trmino utilizado para describir las mquinas que son controladas por una serie de instrucciones formadas por nmeros y letras del alfabeto.43Control numrico computarizado (CNC)Este es el trmino general que se usa para describir un sistema de control el cual incluye una computadora o un microprocesador digital. Las mquinas CNC son adaptables a un amplio rango de procesos de manufactura, algunas aplicaciones de son: corte de metales, soldadura, corte mediante flama, trabajo en madera, prensa, etc. Las CNC son capaces de trabajar muchas horas con una supervisin mnima y son para produccin en serie y en lotes.En este campo se puede definir el control numrico como un dispositivo capaz de controlar el movimiento de uno o varios rganos de la mquina de forma automtica a partir de los nmeros y smbolos que constituyen el programa de trabajo.44Este programa controla o automatiza las siguientes funciones: Los movimientos de los carros Las velocidades de posicionado y mecanizado Los cambios de herramientas. Los cambios de piezas Las condiciones de funcionamiento (refrigeracin, lubricacin, etc.)45Los componentes bsicos de un sistema NC son: El programa. La unidad de control. La mquina herramienta.

El programa contiene toda la informacin necesaria para el mecanizado, la unidad de control interpreta esta informacin y controla la ejecucin de la misma en la mquina herramienta.46Configuracin de los ejes y su identificacin.

Todas las mquinas herramientas tienen ms de una posibilidad de movimiento y es importante identificarlos de manera individual. Existen tres planos en los cuales se puede tener movimiento y son: plano longitudinal, plano transversal y plano vertical.A cada uno de ellos se le asigna una letra y se identifica como un eje, as se tienen los ejes X, Y y Z.47los ejes guardan las siguientes caractersticas:

El eje Z siempre es paralelo al principal movimiento de giro de la mquina. El sentido positivo del eje Z incrementa la distancia entre la pieza y la herramienta. El eje X siempre ser paralelo a la principal superficie de trabajo de la mquina y perpendicular al eje Z. En las mquinas en que las piezas y herramientas no son giratorias, el eje X es paralelo a la direccin principal de corte y su sentido positivo corresponde con el sentido de corte; por ejemplo, el cepillo.

El eje Y siempre ser perpendicular a los ejes X y Z.48IDENTIFICACION DE LOS EJES EN FRESADORA Y TORNO

49Los ejes generan planos de trabajo en donde se manejan de manera exclusiva las interpolaciones circulares. Un arco programado con G02 G03 se ejecuta solamente en alguno de los tres planos principales: X-Y, X-Z Y-Z, correspondindole a cada plano un cdigo de control numrico.Por lo tanto tenemos:G17: Arco programado sobreEje XY.G18: Arco programado sobre Eje ZX.G19: Arco programado sobreEje ZY.

50Tipos de movimiento

El movimiento de las mquinas CNC a posiciones predeterminadas puede ser realizado de tres maneras: movimiento punto a punto, movimiento lineal y contorneo circular.

Movimiento punto a punto: Es la programacin de instrucciones mediante los cuales se mover .la pieza o herramienta de una posicin a otra, a una velocidad alta pre programada, sern involucrados uno o ms ejes, pero el movimiento no es coordinado y hay que tener cuidado para prevenir choques con algn dispositivo de sujecin (ninguna operacin de corte deber hacerse en el posicionamiento punto apunto).

51Movimiento lineal: Es la programacin de un movimiento llevado a cabo por la mesa de trabajo en fresadora o de la herramienta en el caso del tomo a una cierta velocidad de avance; la velocidad de corte o de movimiento debe ser definida por el usuario dependiendo del tipo de material y del acabado que quiera obtener.

Movimiento circular: Este movimiento es similar al movimiento lineal, pero Con la diferencia que pueden realizarse movimientos circulares a una cierta velocidad de avance, para este tipo de movimientos se utilizan los cdigos G02y G03.

52Sistemas de programacin

Existen dos tipos de programacin, el sistema incremental o relativo y el sistema absoluto. Ambos sistemas tienen aplicaciones en la programacin CNC, y la mayora de los mandos en herramientas de las mquinas construidas hoy son capaces de manejar la programacin incremental y absoluta.

Sistema incremental: En el sistema incremental, todas las dimensiones se establecen punto a punto, esto es, siempre se utiliza el punto anterior como el origen para programar el siguiente movimiento53Ejemplo de programacin en sistema incremental o relativo

54Sistema absoluto: En el sistema absoluto, todas las dimensiones o puntos se miden con respecto al cero o punto de referencia que se fija desde el inicio.

Ejemplo de programacin Sistema de coordenadas absoluto55En la fresadora para indicar que estamos trabajando el sistema incremental se utiliza el cdigo G91, y para el sistema absoluto se utiliza el cdigo G90.

En el torno para indicarle a la mquina que se utiliza el sistema incremental se cambia a las letras U y W, y para el sistema absoluto se utilizan las letras X y Z.565758596061