Informe Celdas de Manufactura Flexible (Fmc)

SISTEMAS DE PRODUCCIÓN AVANZADOS

CELDAS DE MANUFACTURA FLEXIBLE

CELDAS FLEXIBLES DE MANUFACTURA (FMC) I.

INTRODUCCIÓN

Es cada vez más frecuente encontrar empresas, con un alto grado de automatización, que utilizan celdas de manufactura en sus procesos de fabricación. El uso de tales dispositivos les permite obtener altos grados de eficiencia en la producción, mantener estándares elevados de calidad y la capacidad de realizar, con rapidez, las modificaciones que requiere el

proceso

productivo,

para

adecuarse

a

nuevas

necesidades

del

mercado.

En lo general, las celdas de manufactura flexible no son atendidas por humanos, por lo que su diseño y operación deben ser más precisos que los de otras celdas. Son importantes la selección de máquinas y robots incluyendo los tipos y capacidades de efectores finales y de sus sistemas de control, para tener un funcionamiento correcto de la celda. Se debe considerar la probabilidad de un cambio apreciable en la demanda de familias de piezas, durante el diseño, para asegurarse que el equipo implicado tenga la flexibilidad y la capacidad correctas. Aunque se pretende que una celda de manufactura permita adecuaciones eficientes; en la realidad, la reprogramación reprogramación de una una celda es una una labor delicada y compleja. Adecuar una celda, para la fabricación de un nuevo producto, requiere de tiempo y de personal especializado; además, la celda debe detenerse durante el tiempo que dure la adecuación, interrumpiendo así el proceso productivo. productivo.

II. DEFINICIÓN La

celda

de

manufactura

es

un

conjunto

de

componentes electromecánicos, que trabajan de manera coordinada para el logro de un producto, y que además permiten la fabricación en serie de dicho producto. El

aspecto

flexible

de

una

celda

flexible

de

manufactura indica que la celda no está restringida a sólo un tipo de parte o proceso, más bien puede acomodarse fácilmente a distintas partes y productos, usualmente dentro de familias de propiedades físicas y características dimensionales similares. Las máquinas en una celda están usualmente u bicadas de manera circular, muchas veces con un robot en el centro, el cual mueve las partes de máquina en máquina. El conjunto de máquinas en una celda se complementa para efectuar una actividad básicamente relacionada, como mecanizado, taladrado, terminación superficial o inspección de una pieza.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL



Algunos empresarios han manifestado que el primer beneficio de FMC es en el área de control de la producción. Las celdas reducen el tiempo de proceso y el inventario. Además, moviendo varios procesos a una celda, se logra que muchas órdenes de producción se consoliden en una sola orden. De esta manera se programa mejor la producción, así como se disminuyen los movimientos de material. Las celdas de mecanizado son generalmente más baratas para instalar y desarrollar, permitiendo al usuario implementar tecnología de manufactura flexible de manera gradual.

III.

IMPORTANCIA

Las celdas flexibles han encontrado importantes aplicaciones en todo tipo de empresas, logrando mejoras del siguiente orden: y

En mecanizado: 30% de disminución en tiempo muerto y un 55 a 85% de aumento en la utilización de máquinas.

y

Con utilización de robots: Casi 100% de aumento en la producción y un 75% de ahorro en el tiempo de producción. La necesidad de continuas y largas corridas de productos estándar puede requerir la vuelta al sistema de líneas de producción, sin embargo, la necesidad de programación flexible y dinámica, gran variabilidad de productos y personalización de productos para los requerimientos del cliente, llevará a muchas compañías al uso de celdas o sistemas flexibles de manufactura.

Nacidas de la necesidad de co mpetir contra las presiones globales, y hechas posibles por la reestructuración industrial y los rápidos cambios de la tecnología, las celdas flexibles de manufactura están proveyendo soluciones claras a muchos empresarios manufactureros.

IV.

CRITERIOS PARA DETERMINAR SI UNA CELDA ES FLEXIBLE

Para calificar a sistema de manufactura como flexible debe cumplir varios criterios. Las

pruebas de flexibilidad en un sistema de producción automatizada son la capacidad de: y

Procesar diferentes estilos de partes, pero no por el modelo de lotes.

y

Aceptar cambios en el programa de producción.

y

Responder en forma inmediata cuando se presenten averías y errores del equipo en el

sistema. y

Aceptar la introducción de nuevos diseños de partes. Estas capacidades hacen posible el uso de una computadora central que controla y coordina los componentes del sistema. Los criterios más importantes son el 1 y 2.

Si el sistema automatizado no cumple estos 4 criterios, no debe clasificarse como celda flexible de manufactura.

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V.


PLANEACION EN LA INSTALACION DE UN FMC

En la planeación de la instalación de un FMC, varias áreas deben ser tomadas en consideración: y

Área de trabajo di recto: Selección de máquinas que funcionarán sin operador,

minimización de tiempos de preparación y tiempo perdido. y

Área de trabajo indirecto: Inspección, manejo y envíos.

y

Área de máquin as: Herramientas, enfriadores y l ubricantes.

y

Área de man ejo de mater iales y papeleo: Movimientos de partes, programación de

trabajos, tiempos perdidos. La simulación de celda de trabajo puede ser mejor aprovechada en la etapa de diseño de la celda, con el fin de evitar nuevas revisiones y rediseños. La confianza que se logra en estas simulaciones es alta. El proceso de la celda puede evaluarse tanto por integridad conceptual como por eficiencia. Se pueden efectuar modificaciones importantes de muchas maneras con el fin de encontrar la solución óptima. Los programas de simulación para celdas ocupan elementos de ambos tipos de simulación detallados anteriormente, pues en la fase inicial usan una simulación discreta para luego usar una continua. Este tipo particular de simulación se denomina simulación de celda de trabajo. La simulación de celda de trabajo puede ser mejor aprovechada en la etapa de diseño de la celda, con el fin de evitar nuevas revisiones y rediseños. La confianza que se logra en estas simulaciones es alta. El proceso de la celda puede evaluarse tanto por integridad conceptual como por eficiencia. Se pueden efectuar modificaciones importantes de muchas maneras con el fin de encontrar la solución óptima. De todas las capacidades que debe poseer este simulador, una de las más importantes es la de poseer un detector automático de colisiones. El solo hecho de tener esta característica hace ser este programa de concepto una realidad tangible. Otra posibilidad importante es realizar modificaciones a los programas en ambientes simulados, es decir, con el robot moviéndose pero sin las máquinas en su entorno. Más adelante pueden irse ubicando éstas, para finalmente usar el programa con máxima seguridad y confianza. Las celdas flexibles de manufactura tienen dos cosas en común: Las máquinas son operadas por un control común y hay un manejo común de los materiales. El control de las operaciones de los centros de mecanizado es manejado por una unidad central de procesamiento (CPU). Los datos programados son ingresados y modificados, y la ubicación y estado de los pallets es mostrado en tiempo real. La programación de tiempo, el número de programas requeridos y el total acumulado de mecanizados incompletos están también a la mano. Algunos controladores también manejan la selección de herramientas, el monitoreo de las condiciones de corte y la generación de rutas óptimas para las herramientas.

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Funcionalmente, el sistema de control debe ser capaz de lo siguiente: 1. Monitoreo de equi pos: Se extiende así la capacidad del operador. 2. Monitoreo de alarma: Detecta y reporta condiciones de error, y responde con acciones alternativas automáticamente. 3. Administración de programas: Permite guardado, carga y descarga de programas e instrucciones para equipos programables o manuales 4. Control de producción: Analiza el trabajo en proceso y optimiza con esos datos el despacho de piezas terminadas.

DISEÑO DE CELDAS DE MANUFACTURA Las celdas de maquinado se clasifican de acuerdo con la cantidad de máquinas y nivel de automatización. Las posibilidades son: a) Máquina única. b) Varias máquinas con manejo manual. c)

Varias máquinas con manejo m ecanizado.

d) Celda flexible de manufactura. e) Sistema flexible de manufactura.

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La celda de máquina única tiene una máquina que se op era en forma manual. La celda también incluiría soportes y habilitación de herramientas para permitir las variaciones de características y tamaños dentro de la familia de partes que produce la celda. Las celdas de máquinas múltiples tienen dos o más máquinas que se operan en forma manual. Estas se distinguen por el método de manejo de partes de trabajo en la celda, manual o mecanizado. El manejo manual significaría que los trabajadores mueven las partes dentro de la celda, por lo general los operadores de las máquinas. El manejo mecanizado hace referencia a la transferencia de partes de una máquina a la siguiente. Esto puede deberse al tamaño y al peso de las partes hechas en la celda o simplemente para aumentar la velocidad de producción. Las celdas flexibles de manufactura y los sistemas flexibles de manufactura consisten en máquinas automatizadas, que conforman un grupo de estaciones de procesamiento interconectadas mediante un sistema automatizado de manejo y almacenamiento de material y controladas por medio de un si stema integrado de computadoras. Esta celda puede ser atendida por un solo operador, o por dos si hay más de una máquina herramienta en la celda. Las celdas de manufactura flexible también se pueden diseñar y accionar con un robot central. El diseño y la operación de la celda son más exactos, ya que las máquinas, robots, efectores finales y sistemas de control deben funcionar apropiadamente.

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Cel das de Ma nufactura en U Es un arreglo de gente, máquinas, materiales y métodos con los pasos de los procesos puestos uno junto a otro a través del cual las partes son procesadas en un flujo continuo en orden secuencial a través del cual las partes son procesadas en un flujo continuo. Normalmente en forma de "U " que permite el flujo de una sola pieza y la asignación de personal de forma flexible mediante el concepto de "multi-habilidades". Para reducir los tiempos de proceso y uso de recursos, se trata de realizar las operaciones justo a tiempo (Just in Time), para lo cual es necesario cambiar la disposición tradicional de máquinas similares agrupadas en departamentos de proceso (troquelado, fresado, torneado, etc.) a celdas de manufactura de forma en U integrando las maquinas, personal con múltiples habilidades, herramentales, refacciones, materiales, componentes y facilidades necesarias para fabricar una familia de p roductos por celda a través de la tecnología de grupo.

La celda en U permite que cada operador pueda comunicarse con los demás en caso de problemas o que puedan ayudarse y cooperar en caso de atrasos, ya no se responsabiliza a cada operador por una sola operación, sino más bien se responsabiliza a todo el grupo de operadores por la celda para la cual deben tener la habilidad de una diversidad de operaciones. Tanto los herramentales como las refacciones deben tenerse a la mano para hacer cambios rápidos de modelo sin necesidad de buscarlas en toda la planta. Las máquinas pueden disponerse a lo largo de una línea, en forma de U, en forma de L o en un lazo. La selección de la mejor máquina y el arreglo del equipo de manejo de materiales también comprenden la consideración de factores como la capacidad de producción, el tipo de producto y su forma, tamaño y peso. De acuerdo con los pedidos de los clientes, se debe balancear el trabajo de la celdas de manufactura para que tengan una carga constante o producción lineal (a través del tiempo Tak periodo con el que cuenta cada operación de la celda U para realizar su actividad) de todas formas están diseñados para responder de forma flexible a la demanda. También debe considerarse la probabilidad de que haya un cambio significativo en la demanda de familias de partes durante el diseño de celdas para asegurar que las máquinas y el equipo involucrados tengan la flexibilidad y capacidad apropiadas. El costo de las celdas flexibles puede ser alto, pero esto se supera con el aumento de productividad, fl exibilidad y capacidad de control. En la figura siguiente se muestra una celda flexible de manufactura atendida que muestra diversas máquinas herramienta y una estación de inspección. S, sierra; L, torno; HM, fresadora horizontal; VM, fresadora vertical; G, rectificadora; X, posiciones de los trabajadores.

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Simul ación de Celdas de Manufactura La simulación de una celda flexible de manufactura, comprende el modelado de elementos electromecánicos, que permite analizar los problemas de difícil solución en el comportamiento de los componentes de la celda de manufactura, como los siguientes:  Flexibilidad :

la celda se adapte a cambios en el ambiente, tales como la incorporación de algún nuevo robot.  Reconfigurabilidad: la celda manufacture diferentes productos.  T olerancia a fallas: la celda trabaje eficientemente, aun y cuando exista alguna falla.

VENTAJAS DE LAS CELDAS DE MANUFACTURA FLEXIBLES 

Una de las ventajas más importantes de la industria que trabaja con celdas de

manufactura para la producción, sin duda alguna es la simulación. Sin embargo la simulación computacional, aún no ha logrado resolver eficientemente los problemas que presenta una celda de manufactura real. 

Las máquinas herramientas con mayor flexibilidad son más costosas, pero pueden reemplazar varias herramientas c onvencionales. Por lo tanto, la inversión puede ser de 70 a 130%, en comparación con las celdas manipuladas por personas con capacidad similar.

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

El tiempo en el proceso se eleva desde menos de 5%, un valor usual para máquinas

herramienta

aisladas

manipuladas por humanos, hasta 75 a 80%;

en

consecuencia

la

productividad, expresada como la producción por máquina, es mucho mayor y las entregas son mucho más rápidas. 

La productividad también es mayor en términos de producción por hora de operador. No obstante, el requisito de inversión a menudo se justifica sólo si la celda de manufactura flexible funciona 24 horas al día, 7 días a la semana, atendida por operadores en un solo turno (algunas veces dos ). Se ha elevado la productividad de cinco a diez veces. Para la operación sin atención, el operador carga o coloca numerosas partes en tarima; luego el robot las identifica y llama al programa apropiado desde la memoria de la computadora de control. Se deben hacer previsiones para detectar o impedir averías o errores reales o potenciales, y formularse estrategias apropiadas para resolverlas. Por ejemplo, los detectores incorporados en un mandril de fresado indican si la fresa se fijó correctamente en el plato y si no fuese así, da una orden para volver a fijarla.



Una mayor flexibilidad permite la reducción del inventario de las partes en proceso,

con frecuencia a un cuarto de la cantidad usual. La producción puede, si se requiere, proceder en orden aleatorio; en cierto sentido, las ventajas de la producción en línea se logran en la producción por lote, así que las corridas pequeñas son rentables. En principio, la manufactura de al menos las piezas más pequeñas se distribuye geográficamente a centros pequeños, creando empleos en muchas localidades. 

La calidad mejora porque el error humano se elimina como fuente de problemas. Aunque la operación sin atención humana requiere que la calidad se verifique de manera rutinaria (a menudo al 100%) por medio de inspección automática. La limpieza es de suma importancia: los fluidos, las virutas, el polvo, crean problemas en los aditamentos y también interfieren con el funcionamiento apropiado de los detectores. Ot ros

y

beneficios del FMC:

Algunos empresarios han manifestado que el primer beneficio de FMC es en el área de control de la producción. Las celdas reducen el t iempo de proceso, producción y el invent ario.

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y


Las celdas flexibles han encontrado importantes aplicaciones en todo tipo de empresas, logrando mejoras del siguiente orden: b

En mecanizado: 30% de disminución en tiempo muerto y un 55 a 85% de aumento en la utilización de máquinas.

b

Con utilización de robots: Casi 100% de aumento en la producción y un 75% de ahorro en el tiempo de producción.

y

Además, moviendo varios procesos a una celda, se logra que muchas órdenes de producción se consoliden en una sola orden. De esta manera se programa mejor la producción, así como se disminuyen los movimientos de material, si se usa en

conjunto los principios JIT. y

Se reduce el manejo de mat erial porque las piezas se mueven dentro de una celda de maquinado y no dentro de toda la fábrica.

y

Las celdas de mecanizado son generalment e más barat as para inst alar y desarrollar , permitiendo al usuario implementar tecnología de manufactura flexible de manera gradual. La opinión actual de muchos u suarios de FMC es más simple es mejor .

y

Simplifica

la planeación de los procesos.

y

Por lo general, mejora la sa t isfacción de los t rabajadores, cuando laboran en una celda de

tecnología de grupos.

y

Se obtiene un t rabajo de mayor calidad usando tecnología de grupos.

DIFERENCIAS BÁSICAS ENTRE FMS Y FMC:  Un

FMC tiene de 2 a 3 máquinas mientras que un FMS tiene un número mayor o igual

que 4.  Un

FMS tiene al menos una estación de trabajo que da soporte a la producción pero

no participa realmente en ella. Esta estación lleva a cabo funciones de coordinación o limpieza entre otras.  Un

FMS tiene un sistema de control más sofisticado que incluye funciones no

presentes en las celdas como diagnósticos y herramientas de monitorización.  Los

sistemas FMS son más caros que los sistemas FMC, y asimismo son más difíciles de

entender. Los sistemas FMS no son totalmente flexibles, debido a que están limitados al porte cúbico y forma general de las partes.

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Informe Celdas de Manufactura Flexible (Fmc)

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