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SISTE AS DE MANUFACTUR Abraham Pérez Hernández

[email protected]

Sección de E tudios de Posgrado e Investi ación ESIME Unidad Azcapotzalco Instituto Politécnico Nacional

1. MANUFACTURA.

Se deriva de las palabr s latinas manus (manos) y factus (hacer); est combinación d

términos significa hacer con las manos. Gran parte de la manufactura mode rna se realiza co maquinaria computarizada y automatizada que se supervisa manualmente.

La manufactura, como campo de estudio en el contexto moderno, pued e definirse de d maneras: tecnológica y econ mica.

Tecnológicamente ( Kalp Kalpakjian, 1995 ) es la aplicación de procesos químicos y físicos qu

alteran las propiedades, la g ometría, o el aspecto de un determinado mate rial para elabor

partes o productos termina dos. Involucran una combinación de maquin as, herramienta energía y trabajo manual; tal como se describe en la figura 1.

Económicamente ( Kalpa Kalpakjian, 1995 ) es la transformación de materiale s en artículos d

mayor valor, a través de un o más operaciones o procesos de ensamble (f igura 1). El pun clave es que la manufactu ra agrega valor al material original, cambia ndo su forma

propiedades, o al combinar lo con materiales que han sido alterados de forma similar.  Sign de up to vote on this title material se vuelve más vali so mediante las operaciones manufactura que se efectúa sobre él.

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Ejemplo: cuando el min ral de hierro se convierte en acero, se le agreg valor. Cuando

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La historia de la manufactura puede dividirse en dos facetas: 1).- El descubrimiento e invención de los materiales y procesos para producir bienes. 2).- El desarrollo de los sistemas de manufactura.

2. SISTEMAS DE MANUFACTURA. Un sistema de manufactura (Schey, 2000) es una colección de equipo integrado

recursos humanos que realizan una o más operaciones de procesamiento y/o ensamble sobr un material de trabajo inicial, una pieza o un conjunto de piezas. El equipo integrado consiste en máquinas de producción, manejo de material dispositivos de posicionamiento y sistemas computacionales. Los recursos humanos se necesitan a tiempo completo o tiempo parcial para mantener equipo en funcionamiento.

En conclusión podemos decir que los sistemas de manufactura incluyen tantos sistem automatizados como equipo operado en forma manual.

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En la figura 2 se muestra la posición de los sistemas de manufactura en el sistema d  Useful  Not useful

producción grande. Como lo indica el diagrama, los sistemas de manufactura se encuentran e la fábrica y son los que realizan el trabajo de valor agregado sobre la pieza o producto.

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Fig. 2 Posición de los sistemas de manufactura en el sistema de producción más grande.

2.1. TECNOLOGIA DE GRUPOS.

Al decidir sobre las tecnologías a emplear, no se debe asumir que lo mejor es la may

automatización posible. La automatización suponea una gran inversión en activos productivo You're Reading Preview

lo que conduce al incremento de los costos fijos, también sugiere un aumento en el costo d Unlock full access with a free trial.

mantenimiento y una disminución de la flexibilidad de los recursos.

Withno Free Por desgracia los volúmenes Download de producción sonTrial siempre la suficientemente elevado

como para justificar la creación de una línea dedicada a un sólo producto. En tales caso

debería considerarse los beneficios asociados a la repetibilidad, que se podrían alcanz

utilizando la automatización de bajo costo: la Tecnología de Grupos o la Automatizació Flexible.

División de los Procesos: 1. Alta repetibilidad. 2. Baja repetibilidad. Alta Repetibilidad = Automatización


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Automatización de bajo costo.- Se utiliza para bajos y medianos volúmenes de producció Esta se puede dar con la ayuda de dos técnicas: 1. Grupos Tecnológicos 2. Automatización Flexible

Las piezas y los productos que se producen en cantidades medias por lo general se hace

en lotes, y la producción requiere tiempo de detención para realizar cambios y tiene costo

altos por mantener inventarios. La tecnología de grupos (TG) minimiza estas desventaja reconociendo que, aunque las piezas son distintas, también poseen similitudes. En el trabajo por lotes normalmente las máquinas se agrupan por especialidades (figura

las fresadoras en una sección, los tornos en otra, etc. Esto obliga a mover las piezas de un sit

You're Reading a Preview

a otro del taller tal como representa la figura 3. Por otra parte el pequeño tamaño de las seri

obliga a utilizar máquinas universales y utillajes de forma que no se grav Unlock full access no withmuy a freesofisticados trial. excesivamente los costes como consecuencia de la amortización.

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Si se clasifican y agrupan las piezas figura 4 de forma que las características de las distint

piezas de un grupo sean similares, se podrán agrupar también las máquinas en unidades d

producción (figura 5) a donde se lleven las piezas en bruto y salgan completamen

terminadas. Esta técnica se denomina Tecnología de Grupos (TG), y va acompañada d implicaciones en el proceso de diseño y de información.

You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.



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La tecnología de grupos (Groover, 2003) es una filosofía creada en un momento en el qu

hay un aumento de empresas de producción, y estas buscan una forma de mejora

incrementando la eficiencia y productividad. Esto se consigue identificando y agrupando part

o componentes similares para aprovecharse de sus similitudes en el diseño y la producción. L

partes similares se agrupan en familias, donde los integrantes comparten similitudes en s forma y proceso de elaboración. Las similitudes son de dos tipos:

Atributos de diseño.- Comúnmente los criterios calificativos son las dimensiones, tolerancia formas, acabados y tipo de material.

Atributos de manufactura.- Los criterios calificativos son los procesos de producción,

secuencia de operaciones, el tiempo de producción, las herramientas requeridas, lo escantillones requeridos y el tamaño de lote.



Las ventajas que reporta este método son: •

Amortiguamiento de las perturbaciones

•

Diminución de la obra en curso, ya que los plazos de fabricación disminuyen.

•

Disminución de las preparaciones de máquina, ya que éstas realizan siempre trabaj similares.

•

 Sign up to vote on this title Ventajas sociales, al mejorar el ambiente de trabajo y disminuir la necesidad d  Useful  Not useful profesionales cualificados.

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Sistemas de Manufactura 2.2. CÉLULAS DE MANUFACTURA.

Consiste en organizar las máquinas herramientas necesarias en áreas separadas para

producción de familias de partes, surgidas de la utilización de la tecnología de grupos (Blac 1983).

2.2.1 Tipos de diseños de células.

El término de células de manufactura es algunas veces usado para describir la

operaciones de un grupo de máquinas tecnológicas. Las células de máquinas pueden se clasificadas dentro de alguna de la siguiente clasificación, acorde al número de máquinas y grado de mecanización en el cual el material fluye entre las máquinas: 1. Célula de Maquina Simple 2. Célula de un Grupo de máquinas con manejo manual 3. Célula de un Grupo de máquinas con manejo semiautomático. 4. Sistemas de Manufactura Flexible (FMS). 

Células de máquina simple.- consiste de una máquina plus soportando herramientas

escantillones organizados para hacer una o más familias de partes. Este tipo de célu

puede ser aplicado a piezas en las cuales los aatributos You're Reading Preview permiten ser hechos en un tip básico de proceso, tales como torneado o fresado. 

Unlock full access with a free trial.

Célula de un Grupo de máquinas con manejo manual.- es un arreglo de más de un

máquina usadas colectivamente para producir una o más familias de partes. Esta no prove


el movimiento mecanizado de partes entre las máquinas de las células, por lo tanto l operadores quienes corren la célula desarrollan la función del manejo de material. 

Célula de un Grupo de máquinas con manejo semiautomático .- Usa un sistema de mane mecanizado, tal como transportadores, para mover las partes entre las máquinas de

célula. Cuando las partes de la célula tienen rutas idénticas o casi idénticas, una distribució

en línea es considerada apropiada. Si las rutas del proceso varían una distribución de enla es más apropiada. 



procesamiento Manufactura flexible. Consiste en grupos de estaciones Sign up de to vote on this title (maquina

Useful  Notque useful herramientas) interconectadas con mano de obra y almacenamiento son controlad

por un sistema de cómputo. Este sistema es considerado para llenar un hueco entre la al

producción y la baja. La diferencia está en que los GT es una técnica que se emplea par

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Variaciones en las rutas de proceso de las partes. Esto determina el flujo de trabajo.

todas las rutas del proceso son idénticas, el flujo de línea unido es apropiada. Con variacion significantes en las rutas, una forma U o de enlace puede ser más apropiada.

El tamaño de la parte, forma, peso y otros atributos físicos. Esto determina el equipo qu puede ser usado para el manejo del material.

2.3 FAMILIAS

Una familia de partes es una colección de partes que comparten características d

geometría similares o que su proceso de fabricación tiene unas tareas similares (Malek 1991). Aunque estas características no son suficientes para incluirlas en una misma familia,

no inclusión puede venir dada por las tolerancias, cantidad de producción y materiales qu componen las mismas (Sampol, 2009).

En el ejemplo tenemos dos piezas que geométricamente son idénticas, pero n

pertenecen a la misma familia. Ya que una es de pvc, se fabrica altas cantidades y tiene una

tolerancias muy amplias, y la otra es de latón, con una producción baja y unas tolerancias mu

bajas. Esto se puede ver claramente imaginando las máquinas que fabricarían estas pieza

aunque son iguales en forma, la maquinaria para procesar pvc no será la misma que la qu

procesara metal, además de que cuanto menores sean las tolerancias aceptadas, más cara compleja será la maquinaria usada.



 Sign up to vote on this title En el segundo ejemplo vemos dos piezas bastante diferentes entre ellas, pero qu Usefulparte Notlauseful de comparten la maquinaria para su fabricación, por lo que forman misma familia.

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Esto produce que uno de los principales pro blemas a la hora de implementar la tecnolog

de grupos sea, el tiempo necesario para agrupar las piezas en familias aunque se solventa u poco con el uso de técnicas de agrupación. Existen tres métodos empleados para la agrupación de familias:

a. Inspección visual. b. Análisis de flujo de producción (PFA). c. Clasificación y Codificación de partes.

2.4 INSPECCIÓN VISUAL. Es la más simple de todos, consiste en mirar las partes, fotos o dibujos, a través del cual

examinan las similitudes de las partes. Esta es la manera más fácil para agrupación de parte por atributos de diseño pero también es el método menos seguro.

En este sistema se van clasificando las piezas a partir del examen de los planos y según s

procesos de fabricación en clases, subclases, grupos, subgrupos, etc. Pueden utilizarse la dimensiones necesarias hasta la formación de familias con el grado de semejanza requerido.

El problema de la formación directa de familias de piezas estriba en la definición de lo

criterios de clasificación en cada estado de la misma. Este problema es tanto más grave cuan mayor el número de piezas y menor su semejanza.


El análisis de las características de las piezas a piezas a partir de un estudio estadístico d full access with a free su distribución permite establecerUnlock los criterios básicos de trial. clasificación.



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Sistemas de Manufactura 2.5 ANÁLISIS DE FLUJO DE PRODUCCIÓN (PFA).

Production Flow Analysis (PFA) o como dice su traducción, análisis de flujo de producció

es un método de agrupación de las máquinas empleadas en los productos de fabricació teniendo en cuenta que máquina necesita cada una de las partes que se fabrican.

Para ello, utiliza una matriz en la que las columnas representan las máquinas, y las fila

representan las partes. A cada máquina se le asigna un valor numérico, y a cada parte un

letra. Cuando una parte requiere una máquina en particular, el número de secuencia d funcionamiento se encuentra en la intersección de hoja de cálculo. PFA es una aplicación, que nos permite de forma muy eficiente la planificación de

organización de una planta. Es decir, nos sirve para cambiar el diseño de esta, de tal maner

que la producción puede aumentar radicalmente, bajando el tiempo de transporte ent máquinas.

Esto significa que los esquemas tradicionales de producción se transforman en grupos d

producción, esto hace que cada una de las partes que se fabrican, estén equipadas con u

conjunto de máquinas y equipos que les permitan completar el proceso de fabricació

teniendo que recorrer el mínimo espacio posible entre máquinas, reduciendo de esta forma l pérdidas causadas por el transporte.

La siguiente figura ilustra el proceso de diseño convencional y el diseño obtenido despu de aplicar el PFA.




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El principal método usado para realizar un buen PFA, es un análisis cuantitativo de tod

los flujos de materiales que se producen en la fábrica, y utilizar esta información y lo itinerarios alternativos para formar los grupos de fabricación. Dependiendo de la escala del proyecto, esta lógica se aplica en la empresa, la fábrica, línea de producción y herramientas, respectivamente. Cualquiera que sea el caso, el trabajo se desglosa en los siguientes pasos: 

Identificar y clasificar todos los recursos de producción, máquinas y equipos.



Realizar el seguimiento del producto y todas las rutas que se siguen en la empresa, fábrica o un grupo concreto.



Estudiar las distintas posibilidades de rutas y el agrupamiento de las máquinas pa encajar piezas en un sistema simplificado de flujo de materiales.



Estudiar más a fondo las piezas excepcionales que no corresponden a la agrupación de lo recursos productivos.



Validar el nuevo sistema de flujo de materiales.

Los pasos a seguir para realizar el PFA son los siguientes: 

Leer cada una de las filas, de izquierda a derecha, como un numero binario, en el que la

‘X’ representan un ‘1’ y los espacios en blanco un ‘0’. Seguidamente, ordenar las filas e orden decreciente.




Unlockque full access with ahemos free trial. Si el orden establecido es el mismo el inicial, acabado con esta parte.



Leer cada una de las columnas, como un número binario en el que las ‘X’ representan u



De nuevo, si el orden obtenido es el mismo orden en el que se encontraban, hemo

Download With Free Trial ‘1’ y los espacios un ‘0’. Ordenarlos de forma decreciente. acabado.


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En la matriz superior, podemos observar que máquinas necesita cada una de las parte

que se fabrican en una planta ejemplo. En este caso no existe ningún tipo de agrupación d estas.


En esta segunda matriz, se ven agrupadas claramente las partes y máquinas que s relacionan.




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máquinas para dichas partes, o si por el contrario nos conviene replantearnos la forma d fabricación de la misma.

2.6 CLASIFICACIÓN Y CODIFICACIÓN DE PARTES. Es el método más ampliamente usado, es también el más sofisticado, el más difícil y que más tiempo consume.

Los tres métodos requieren una investigación significativa en tiempo y energía. Mucho

sistemas han sido desarrollados en el mundo, pero ninguno ha sido adoptado como universal

En el diseño del producto, existen algunas v entajas obtenidas por agrupación de partes e

familias. Estas ventajas están en la clasificación y codificación de partes. La clasificación

codificación de partes concierne la identificación de similitudes en una cantidad de partes relaciona a éstas con un sistema codificado.

CLASIFICAR: Es un proceso separativo en el cual los artículos son divididos en grupo basados en la existencia o ausencia de características atribuibles. Desde el comienzo, cultura humana trata de relacionar cosas similares.

Los biologistas clasifican las cosas dentro de genes y especies, tal es el caso de lo

mamíferos, reptiles, anfibios, etc. El mismo caso de fenómenos naturales puede s


aplicado a fenómenos de fabricación e información. Usualmente GT se relacion full access with a free trial. únicamente para aplicacionesUnlock de producción.

Free Trial CODIFICAR: Es el proceso deDownload establecerWith símbolos para ser usados en una significativ

comunicación. Para identificar partes con características especificas. Para model

componentes sin detalles. Cuando se construye un sistema de código para representar u componente, hay varios factores que se deben considerar: 1. La población de un componente (rotacional, prismático, hojas de metal, etc.) 2. Los detalles que representará el código. 3. El tipo de estructura: jerárquico, de cadena o híbrido. 4. La representación digital (binario, octal, decimal, alfanumérico o hexadecimal,etc.) Sign up to vote on this title

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Useful  Not useful La codificación, en general, puede ser definida como la atribución de un símbolo a cad

clase o característica de un elemento de modo que este símbolo recoge información acerca d

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Sistemas de Manufactura 6. Permite racionalización y mejora del diseño de herramientas.

7. Permite una mejor utilización de máquinas, herramientas y mano de obra. 8. Facilita la programación por CNC. 9. Ayuda a la planificación de la producción. 10. Mejora la estimación de costes.

Un sistema de codificación de piezas establece los códigos a asignar a cada característica

clase de piezas según su forma, dimensiones o proceso. Existen diversos sistemas d

codificación, unos basados en los atributos de diseño de las piezas, otros en los de fabricació

y otros que combinan atributos de diseño y de fabricación. La formación de familias de piez

a través de un sistema de codificación parte de la idea de que piezas con el mismo código so

iguales y que piezas comprendidas en un determinado sector de códigos serán semejante

luego definiendo correctamente un sector de números de código, las piezas que respondan

dicho sector podrán constituir una familia. La selección de piezas con determinados sectore

de código puede llevarse a cabo con ordenador, lo que simplifica y acelera la formación d familias.

En la Tabla 3 puede observarse la capacidad de definición de características de lo sistemas de codificación más conocidos.




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DESVENTAJAS: es muy complejo y es difícil desarrollar porque todas las ramas tienen qu ser definidas. 

Estructura de Cadena: También llamada poli código. Cada posición del código represen un poco de información, indiferente al número previo. VENTAJA: Es compacto, mucho más fácil de construir y usar. DESVENTAJA: No es tan detallado como la estructura jerárquica. Por ejemplo consideremos un código de dos dígitos, como 15 o 25. Supongamos que

primer dígito representa la forma general de la pieza. El símbolo 1 significa pieza de revolució

y el 2 forma prismática. En un código de estructura jerárquica la interpretación del segund

código depende del valor del primero. Si va precedido por 1, el 5 significa alguna relació

longitud/diámetro, y si va precedido por 2, el 5 debe ser interpretado como una longitu

general. En el caso de la estructura tipo cadena el símbolo 5 debería significar lo mism

independientemente del valor del primer símbolo, por ejemplo podría significar la longitu

general de la pieza, sea esta de revolución o prismática. La ventaja del método jerárquico e

que permite contener más información para el mismo número de dígitos, sin embargo no e tan fácil de interpretar. Algunos sistemas de codificación utilizan un sistema mixto.

Los códigos normalmente utilizados tienen longitudes entre 6 y 30 dígitos. Los sistem

que codifican sólo características de diseño suelen tener menos de 12 dígitos, mientras qu


aquellos que incorporan características de diseño y fabricación han de utilizar más dígitos. Pa Unlock full access with a free trial. 20 y 30 dígitos. una adecuada representación en este caso se necesitan entre


2.7 SISTEMAS DE CODIFICACIÓN. 2.7.1 Sistema de Codificación Opitz

· Es el código más conocido, fue desarrollado por H. Opitz de la Universidad de Aachen Tech e Alemania en 1970.

· Es un sistema alfanumérico, usa una estructura mixta, sin embargo se puede considerar com  Sign up to vote on this title una estructura de matriz más compacta si no se considera el primer dígito.  Useful  Not useful · Consiste de tres partes: un código geométrico, suplementario y de producción.

· En el código geométrico se pueden representar partes rotacionales, lisas y cúbicas. L

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El código suplementario está formado por 4 dígitos los cuales representan los atributos d manufactura:

1. Representa la dimensión principal (diámetro o largo) el rango de dimensiones va desde 0 hasta 80 pulgadas y para dimensiones menores de 0.8 pulg. Se representa por el 9. 2. Tipo de material 3. Forma del material 4. Tolerancias El código de producción está formado por la parte alfabética del código, representando secuencia de las operaciones de producción. Ej. 12345 6789 abcd




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Sistemas de Manufactura Los dígitos clasifican: 1. Nombre (2 dígitos) 2. Función: a) General b) Especifica 3. Material (2 dígitos) 4. El tipo de material b) La forma del material en crudo. 5. Dimensiones (2 dígitos) 6. Longitud y b) diámetro 7. Formas primarias y relación de las dimensiones (1 dígito) 8. Formas detalladas y tipos de procesos (13 dígitos) 9. Tolerancias (1 dígito)




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Sistemas de Manufactura 2.7.3 Sistema de Codificación VUOSO-PRAHA · Este sistema consta de 4 dígitos, los cuales son tipo, clase, gr upo y material.

· Es usado para clasificar piezas, así como identificar el tipo de departamento al cual pertenec esa pieza · Resulta ser de los más sencillo por su fácil manejo.

1. El primer dígito nos dice el tipo de pieza que se va a trabajar, éste se localiza en la par superior colocado horizontalmente, puede ser de tipo rotacional con barrenos o dentado.

2. El segundo dígito es la clase de material que se va a trabajar, que describe las característica

físicas de la pieza como diámetro, longitud, etc. Este dígito se localiza en la parte superio izquierda colocado verticalmente. Depende del diámetro de la pieza y de la relación L/D.

3. El tercer dígito nos indica la forma de la pieza a trabajar, es decir, que tipo de operación e

necesario practicarle. Esta escala se localiza en la parte inferior izquierda de la tabla colocad verticalmente.

4. El cuarto y último dígito nos dice la constitución del material, es decir, de qué tipo d material es, este se localiza en la parte superior de la tabla, colocado verticalmente.

7.2.4 Sistema de Codificación MCLASS Es un sistema desarrollado por la TNO de Holanda y actualmente es utilizado por EUA en


Organización para Investigación Industrial. Es un código de 12 dígitos


Está diseñado para ser universal incluyendo información de diseño y manufactura.


7.2.5 Sistema de Codificación DCLASS · Fue desarrollado por Del Allen en Brigham Young University 1980 · Fue diseñado para toma de decisiones y sistemas de clasificación · Es un sistema de estructura de árbol que puede generar códigos para componentes, materiales, procesos, máquinas y herramientas. Sign up to vote on this title · Para componentes se usan 8 dígitos.

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· En el código cada rama representa una condición. · La construcción del código es estableciendo ciertas rutas.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. Groover, M. P. “Fundamentos de manufactura moderna (materiales, procesos sistemas)”. Prentince Hall. Englewood Ciffs, N.J., 2003.

Lejtman, Y., E. Shayan and R. Nagarajah. “Design of a suitable production managemen

system for a manufacturing company, Computer & Industrial Engineering”. 4ª edició Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ - USA (2002).

Schey, Jhon A. “Introduction to Manufacturing Process”. Mc Graw Hill, 3rd Editio Ontario, 2000.

Kalpakjian, Serope. “Manufacturing Engineering and Technology”. Addison-Wesle Publishing Company. Illinois, 1995.

Chang, T.C., Wisk, R. A.,and Wang, H.P. “Computer aided Manufacturing”. Prentice Ha Englewood Cliffs, N.J., 1991.

Maleki, R. A. “Flexible Manufacturing Systems: The Technology and Management Prentice Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1991.

Groover, M. P. “Automation, Production Systems and Computer Integrated Manufacturin Prentice Hall. Englewood Ciffs, N.J., 1987. Black, J.T. “An Overview of Cellular Manufacturing Systems and Comparision Conventional Systems”. Industrial Engineering, November 1983.

Ham, I., Hitomi, K., and Yoshida, T. “Group Technology”. Kluwer Nijhoff Publisher Hingham, Mass., 1985.


Houtzeel, A. “The Many FacesUnlock of Group Technology”. Machinist, January 1980. full access with a free American trial.

Gallagher, C. C., and Knight, W. A. “Group Technology”. Butterworth & Co. (Publisher Ltd., London, 1983.



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