SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL DIRECCIÓN ZONAL ICA - AYACUCHO ESPECIALIDAD: MECATRÓNICA INDUSTRIAL
DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA MÁQUINAS DE ENVASADO Autor:
Asesor:
SANCHEZ QUISPE DESAYLI DUVAN
JIMENEZ UCULMANA RAUL JAIR
ASCONA GUERRA ROLANDO LUIS
ING. JULIO PEÑA
PISCO - PERÚ 2017 1
Resumen ejecutivo del proyecto de innovación y/o mejora Hoy en día el proceso de embotellamiento del líquido es muy común en las grandes empresas, por que emplean máquinas modernas de última generación, pero a la vez hay microempresas y/o medianas empresas donde se realizan embotellamiento del líquido con máquinas sami-automáticas o algunas manualmente. Por lo cual nuestra preocupación está basada o dirigido para pequeñas y/o medianas empresas donde puedan automatizar sus procesos para la mejora de su producción. La empresa SERCOM SIGLO XXI E.I.R.L realizó un trabajo en una empresa embotelladora de la ciudad de ICA. El problema es que la empresa produce máquinas que trabajan de forma manual o semiautomática. Por ejemplo, para desarrollar un proceso completo de embotellamiento necesita producir tres a cuatro máquinas que desarrollen determinados procesos; un proceso es para el llenado del líquido, para el taponado, para el enroscado y también para el etiquetado, generando mayores costos en la venta por lo cual hay pérdida de ventas y mayores gastos en los materiales. A causa de ello es que los clientes proponen que se fabrique una máquina que integre todo el proceso en una sola línea de producción y que trabaje de forma automática. Por ello el propósito de este proyecto es diseñar y fabricar una línea completa de dosificado de líquido, que integre todo los procesos y que trabaje de forma automática generando mayores ventas en los productos y a la vez que los clientes disminuyen en la mano de obra para desarrollar sus productos. Este proyecto será controlado por el PLC y como actuadores estarán las electroválvulas y pistones.
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Resumen ejecutivo del proyecto de innovación y/o mejora Hoy en día el proceso de embotellamiento del líquido es muy común en las grandes empresas, por que emplean máquinas modernas de última generación, pero a la vez hay microempresas y/o medianas empresas donde se realizan embotellamiento del líquido con máquinas sami-automáticas o algunas manualmente. Por lo cual nuestra preocupación está basada o dirigido para pequeñas y/o medianas empresas donde puedan automatizar sus procesos para la mejora de su producción. La empresa SERCOM SIGLO XXI E.I.R.L realizó un trabajo en una empresa embotelladora de la ciudad de ICA. El problema es que la empresa produce máquinas que trabajan de forma manual o semiautomática. Por ejemplo, para desarrollar un proceso completo de embotellamiento necesita producir tres a cuatro máquinas que desarrollen determinados procesos; un proceso es para el llenado del líquido, para el taponado, para el enroscado y también para el etiquetado, generando mayores costos en la venta por lo cual hay pérdida de ventas y mayores gastos en los materiales. A causa de ello es que los clientes proponen que se fabrique una máquina que integre todo el proceso en una sola línea de producción y que trabaje de forma automática. Por ello el propósito de este proyecto es diseñar y fabricar una línea completa de dosificado de líquido, que integre todo los procesos y que trabaje de forma automática generando mayores ventas en los productos y a la vez que los clientes disminuyen en la mano de obra para desarrollar sus productos. Este proyecto será controlado por el PLC y como actuadores estarán las electroválvulas y pistones.
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ÍNDICE CAPÍTULO I GENERALIDADES GENERALIDADES DE LA EMPRESA 1.1 Razón social…………………………………………………………………………… 6 1.2 Misión, Visión, Objetivos, Valores de la empresa ………………………………….6 1.3 Productos, mercado, clientes ……………………...…………………………………8 1.4 Estructura de la Organización……………...……………………………………...12
CAPÍTULO II PLAN DEL PROYECTO DE INNOVACIÓN Y/O MEJORA 2.1 Identificación del problema prob lema técnico en la empresa ………………………..….….13 2.2 Objetivos del Proyecto de Innovación y/o Mejora …………………………..…....13 2.3 Antecedentes del Proyecto de Innovación y/o Mejora ……………………..…....14 2.4 Justificación del Proyecto Pro yecto de Innovación Inno vación y/o Mejora ……………………...……..16 2.5 Marco Teórico Teó rico y Conceptual……………………………………………… ...……...16 2.5.1 Fundamento teórico del Proyecto de Innovación y Mejora……..………17 2.5.2 Conceptos y términos utilizados……………………….……………..…… 19
CAPÍTULO III ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL 3.1 Mapa del flujo de valor actual y/o diagrama diagr ama de proceso actual …………...……24 3.2 Efectos del problema en el área de trabajo o en los resultados de la empresa……………………………………………………………………………… .25 3.3 Análisis de las causas c ausas raíces que generan el problema. …………………....…28 3.4 Priorización de causas raíces ……………………………………….……...………29
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CAPÍTULO IV PROPUESTA TÉCNICA DE LA MEJORA 4.1 Plan de acción de la Mejora propuesta ………………………………….…....…30 4.2 Consideraciones técnicas, operativas y ambientales para la implementación de la mejora………………………………………………..…………………...….. ..30 4.3 Recursos técnicos para implementar la mejora propuesta . …………..……….33 4.4 Mapa de flujo de valor de la situación mejorada o diagrama de proceso mejorado………………………………………………………………………….….. 48 4.5 Cronograma de ejecución de la mejora ……………………………………...…… 49 4.6 Aspectos limitantes de la implementación de la mejora …………………………50
CAPÍTULO V COSTOS DE IMPLEMENTACION DE LA MEJORA 5.1 Costo de materiales…………………………………………………………….…… 51 5.2 Costo de mano de obra……………………………………………………………. .52 5.3 Costo de máquinas, herramientas y equipos ……………………………..……...52 5.4 Otros costos de implementación de la Mejora ……………………………....……53 5.5 Costo total de la implementación de la Mejora …………………………...………53
CAPÍTULO VI EVALUACION TECNICA Y ECONOMICA DE LA MEJORA 6.1 Beneficio técnico y/o económico esperado de la Mejora ………...……….....…54 6.2 Relación Beneficio/Costo…………………………………………...……………... .54
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CAPITULO VII CONCLUSIONES 7.1 Conclusiones respecto a los objetivos del Proyecto de Innovación ………….. 56
CAPÍTULO VIII RECOMENDACIONES 8.1 Recomendaciones para la empresa respecto del Proyecto de Innovación… ..58
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS………….………...……………………….…59 ANEXOS………………………………………………… .………………………….....60
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CAPÍTULO I GENERALIDADES DE LA EMPRESA. 1.1.- Razón social. DIFA PACK S.R.L
RUC. 20551480071
DIFA PACK S.R.L. es una empresa dedicada al diseño, fabricación y venta de máquinas dosificadoras, llenadoras, roscadoras,
taponadoras, enjugadoras,
etc. para la industria alimentaria y afines, dedicadas a la producción. Debido a nuestros años de experiencia somos capaces de brindarle máquinas que se ajusten a sus necesidades de producción y al ser fabricantes directos, le ofrecemos el más alto soporte técnico y la capacitación necesaria para el buen funcionamiento de las máquinas.
1.2.- Misión, Visión, Objetivos, Valores de la Empresa. Misión: Nuestra misión es resolver las necesidades de Servicios de diseño y fabricación de máquinas dosificadoras a nuestros clientes más allá de las obligaciones contractuales, trabajando en un entorno que motive y desarrolle a su personal respetando el medio ambiente.
Visión: Ser la empresa de diseño y fabricación de máquinas dosificadoras más confiable de Latino América.
Objetivos: Liderar en la producción y venta de máquinas dosificadoras con una eficiencia en nuestros productos. 6
Valores De La Empresa:
Cumplimiento antes de plazo.
Hace algunos años establecimos la política "Antes del Plazo", que consiste en comprometernos a terminar todos nuestros compromisos "Antes del Plazo" contractual.
Calidad.
Siempre se ha considerado que nuestro prestigio se debía a la alta calidad de nuestras máquinas, es algo que damos por descontado e inclusive hablamos de la "Calidad DIFA PACK" como algo que va más allá del estándar. Recientemente hemos ampliado este concepto a la política de "Calidad de Servicio" que no solamente incluye estándares internacionales de calidad, sino también en Prevención de Riesgo y respeto al Medio Ambiente.
Eficiencia.
Hace algunos años nos propusimos elevar la Eficiencia al nivel de uno de nuestros Valores fundamentales, y hacer un esfuerzo dirigido a mejorar la productividad y eficiencia en todas las áreas de nuestro negocio, reduciendo nuestros costos y mejorando nuestros márgenes de producción.
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1.3.- Productos, Mercado, Clientes. PRODUCTOS.
MÁQUINAS LLENADORAS DE BOTELLAS.
Esta máquina tiene una estructura que está hecha de acero inoxidable. Esta máquina puede ser regulada de acuerdo a la altura de las botellas y de acuerdo a su diámetro, puede llenar capacidades de 120ml a 3 litros, también puede ser fabricada con 4 picos a 12 picos y tiene un tanque con capacidad desde 30 a 90 litros o más.
Figura N° 1. Máquina Llenadora De Botellas.
MÁQUINAS DOSIFICADORAS CON TOLVA.
Está hecha completamente de acero inoxidable incluyendo el pistón y cuenta con un pico anti goteo con sist|ema de cierre, una tolva con 60 Kg de capacidad y también incluye patas niveladoras. La máquina puede ejecutar el llenado a una velocidad de 50 golpes (pirotines) por minuto. Ha sido fabricada para llenar masa 8
de keke, marmoleado, mayonesa, manjar blanco, fosh, mermeladas, conservas, etc.
Figura N°2. Máquina Dosificadora Con Tolva.
MÁQUINAS DOSIFICADORAS CON SISTEMA DE AGUJA
Están hechas totalmente de acero inoxidable, cuenta con un sistema aguja de llenado por volumen y sistema de cierre de pico antigoteo. Sus capacidades de llenado son desde 10 ml a 120 ml. Esta máquina puede llenar esencias, tinturas, agua oxigenada, alcohol, bencina, thinner, alcohol yodado, acetona, tintes, etc.
Figura N° 3. Máquina Dosificadora Con Sistema De Aguja 9
MÁQUINAS ROSCADORAS (CAPSULADORA)
Para tapas pilfer boca 18 o boca 32 a más, la máquina cuenta con una columna porta sistema encapsuladora un sistema de rotación mediante poleas, fajas, motor y una caja de marcha y parada de fácil accionamiento y control.
Figura N°4. Máquina Roscadora.
MÁQUINAS LLENADORAS DE PINTURA.
Está hecha completamente de acero inoxidable, es electroneumatica y es capaz de llenar de 1 a 4 litros también se puede fabricar para llenado de pintura de 20 litros o 5 galones.
Figura N° 5.Máquina Llenadora De Pintura. 10
Esta máquina puede trabajar con esmalte temple, pintura metálica, esmalte graso, esmalte sintético, pintura al cemento, pintura a la cal, vinilo, barniz, laca, etc
MERCADO.
Panamá.
Costa Rica.
Cajamarca.
Arequipa.
Huancayo.
Mollendo.
Puno.
CLIENTES.
Laboratorio químico farmacéutico NATURALAB.
Laboratorio MANJLAB.
Laboratorio alagas marinas.
Laboratorio químico farmacéutico ERZA.
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1.4.- Estructura de la organización.
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CAPÍTULO II PLAN DE PROYECTO DE INNOVACIÓN Y/O MEJORA 2.1.- Identificación del problema técnico en la empresa. . En la empresa DIFA PACK. El mayor problema es que no produce máquinas automatizadas que integre todos los procesos para realizar un determinado dosificado. Los operarios que fabrican estas máquinas no cuentan con conocimientos de automatización por lo cual la empresa solo produce máquinas convencionales que son operadas de forma manual o algunos semiautomáticos y 13
las máquinas son de forma independiente por cada proceso. La empresa pierde ventas al no contar con un sistema automático que reúne todo los procesos de dosificado; las máquinas que se fabrican en la empresa son procesos independientes, los clientes necesariamente tienen que comprar tres a cuatro máquinas para realizar un solo proceso de dosificado generándoles mayores gastos en la compra de las máquinas. La máquina produce menores cantidades de productos ya que son operadas de forma manual y dañan a los productos por que están en contacto con la mano del hombre y también generan gastos en la mano de obra para su producción, pérdida de tiempo en la producción ya que los operarios están propensos al cansancio y a necesidades fisiológicas.
2.2.- Objetivos del proyecto de innovación y/o mejora. El objetivo principal del siguiente proyecto es diseñar y fabricar un sistema automatizado que integre el llenado, tapado y envasado de los procesos para realizar determinados dosificados de forma automatizada. A la vez unir todos los procesos de determinados dosificados disminuyendo en la fabricación de las máquinas independiente, en el caso del dosificado de los líquidos las botellas necesitaban como mínimo tres a cuatro procesos y el proyecto que se está realizando a continuación es una maquina automatizada que une todos los procesos y es controlado por controladores lógicos o PLC para su mejor desempeño en la producción disminuyendo la mano de obra y producir en menor tiempo los productos y de forma eficiente y eficaz. 14
Implementar la parte mecánica con modernos mecanismo de movimientos que permite un buen desempeño de la maquina en la producción. Diseñando un sistema de control con dispositivos programables (PLC), acompañado de sensores para la comunicación de hombre a máquina para la automatización de la máquina. Entregar a los clientes en sus necesidades de pedidos de las máquinas dosificadoras de forma automática para sus productos y en menores costos y a la vez realizando capacitaciones para sus personales de trabajo, en la forma de como operar las máquinas automatizadas y sus pequeños cambios de programa y respectivos mantenimiento para su buen funcionamiento de la máquina en la producción.
2.3.- Antecedentes del proyecto de innovación y/o mejora. La empresa DIFA PACK se dedica a la fabricación de máquinas manuales o semiautomáticos para realizar procesos de embotellamiento, enchapado, lavado de botellas, llenado de miel, maquina llenadora para kekes, dosificadora de gomas, máquinas que realicen el control de calidad para sus productos y entre otras máquinas más para realizar procesos semejantes a lo ya mencionado, todas estas máquinas su funcionamiento es neumático y con la intervención del hombre. Muchos practicantes tales como ingenieros y técnicos han empleado sus conocimientos, realizando determinadas investigaciones para diseñar y fabricar máquinas automatizadas. Realizando un proyecto pero con pocos procesos ya sea sólo de embotellado, roscado, llenado o sólo la fajas transportadoras pero de 15
forma automatizada, pero no diseñaron o fabricaron máquinas que integre todo los procesos completos para realizar determinados dosificados. Las personas que realizaron la innovación de diseñar y fabricar máquinas de procesos individuales pero de forma automática resultó ser más eficiente que las máquinas manuales o semiautomáticos, generando más ventas de los productos para la empresa y satisfaciendo sus necesidades para sus clientes.
Figura N° 6. Máquina Llenadora De Botellas.
2.4.- Justificación de proyecto de innovación y/o mejora. Se ha diseñado y fabricado una máquinas automatizadas que realicen determinados procesos de forma completa que integre todo los procesos de dosificado en una sola máquina automatizada. Ya que a los clientes les interesa comprar máquinas que realicen determinados procesos de forma completa y automatizada. También se ha diseñado un sistema de control para el manejo de la máquina de forma automática y en modo manual y a la ves para su respectivos 16
mantenimientos y previniendo el control de seguridad. La línea automatizada se ha diseñado para que trabaje de forma continua los procesos, por lo cual se realizó un programa con software del PLC en el lenguaje LADER (escalera), que realiza la secuencia de los procesos de forma continua. Para su buena presentación para la venta de esta máquina se diseñado con metal inoxidable la implementación de la parte mecánica, de una forma muy sencilla para que los operarios tengan una noción a simple vista del sistema automatizado. La máquina trabajara de una más eficiencia y eficacia para la producción en sus empresas y en menor tiempo y disminuyendo la mano de obra; la empresa tendrá mayores ventas en sus productos ya que fabricará máquinas que reúne todo los procesos de forma automatizada.
2.5.- Marco teórico y conceptual. Para el desarrollo del siguiente proyecto se utilizaron principios físicos y también equipos y materiales tales como mecánicos, eléctricos, electrónicos y neumáticos de los cuales se citaran a continuación sus características, fichas técnicas y conceptos básicos que el estudiante conoce para el correcto uso de los dispositivos y equipos para la elaboración del proyecto.
2.5.1.- fundamentos teóricos del proyecto de innovación y/o mejora. Concepto. 17
La máquina, realiza el llenado del líquido, enchapado y luego el enroscado de todo un proceso completo de dosificado para líquidos. Desarrollando en el menor tiempo y con más eficiencia el acabado de sus productos. La máquina consta de las siguientes partes y/o procesos para realizar determinado trabajo, faja transportadora de botellas, proceso de llenado, proceso de tapado y el proceso final de enroscado.
Faja transportadora de botellas.
La faja transportadora consiste en desplazar las botellas en un solo sentido dando inicio para los procesos a desarrollar. La faja consta de determinados mecanismos para realizar el correcto desplazamiento de las botellas, inicialmente consta de dos patas en el inicio y al final dando un buen soporte para su trabajo, posea dos regletas en los extremos para alinear los desplazamientos de la botella, posea el mecanismo de cuatro chumaceras en los extremos de la faja dando una mejor sujeción, tensión y giro a la faja para su desplazamiento de las botellas, la faja quien desplaza las botellas es de material Lona de color blanco humo. La faja transportadora pose en los extremos dos barras de aluminio que por el medio pasa un eje que está sujeta por las chumaceras y aseguradas por prisiones que dan el giro y a la ves ayudan en la tensión y sujeción a la faja para dar un buen desempeño en sus desplazamientos y eficiencia a la faja transportadora.
Proceso del llenado del líquido,
El proceso del llenado está compuesta por mecanismos que realicen con gran eficiencia su proceso, que consta de un alimentador de líquido que esta con una 18
llave de bola controlado por el PLC y luego el líquido se desplaza a través de tuberías de acero inoxidable llegando a un pequeño tanque, el tanque está conectada pequeñas válvulas de que a su vez estos ingresan a la boca de la botella realizando el llenado respectivo.
Proceso de taponado.
Para este proceso la faja transporta la botella y el sensor detecta la botella y activa a unos pistones neumáticos que detiene la botella y después toma un tiempo en segundo para acomodar las chapas y a través de un pistos con unas guías es taponado las botellas para pasar al siguiente proceso.
Proceso de enroscado.
El proceso de enroscado es el final, y este proceso está compuesto con piezas mecánicas y componentes neumáticos como pistones y electroválvulas. Consta de un pistón giratorio que a la vez este una vez la botella que es detectada por los sensores rápidamente un pistón lo detienes y la enroscadura o pistón giratorio a través de otro pistos baja hasta llegar a la botella y realiza el respectivo enroscado.
2.5.2.- Conceptos y términos utilizados. En esta parte se detallara los componentes, dispositivos, actuadores y software que se emplearon para la elaboración del proyecto, detallando los parámetros y especificaciones técnicas de cada dispositivo electrónico que se emplearon. 19
PLC ZELIO SOFT R.
Un controlador
lógico
programable,
más
conocido
por
sus
siglas
en
inglés PLC (programable logic controller), es una computadora utilizada en la ingeniería
automática o
automatización
industrial,
para
automatizar
procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas. Es un dispositivo electrónico programable, el cual está destinado a gobernar dentro de un entorno industrial (generalmente maquinas o procesos lógicos y/o secuencias, que está compuesto por 4 grupos principales: Entradas, salidas, procesador y memoria.
Figura N° 7. PLC Zelio Soft.
Electroválvulas neumáticas.
Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el paso de un fluido por un conducto o tubería. La válvula se mueve mediante una bobina solenoide. Generalmente no tiene más que dos posiciones: abierto y 20
cerrado, o todo y nada. Las electroválvulas se usan en multitud de aplicaciones para controlar el flujo de todo tipo de fluidos. Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía
eléctrica, mediante
magnetismo,
en energía
mecánica para actuar la válvula. Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el solenoide actúa directamente sobre la válvula dando la energía necesaria para su movimiento. También es posible construir electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un impulso de corriente y cierra con el siguiente. Estas tienen dos contactos eléctricos, de modo que al cambiar de posición la válvula abre uno de ellos y cierra el otro.
Figura N° 8. Electroválvula 5/2 monoestable.
Actuadores neumáticos (pistones)
Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Este recibe la orden de un regulador o 21
controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula. Existen varios tipos de actuadores como son: Electrónicos, hidráulicos, neumáticos, eléctricos Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos mecatrónicas. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
Figura N° 9. Actuadores neumáticos (pistones).
Sensor fotoeléctrico.
Un sensor fotoeléctrico o fotocélula es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que percibe la luz generada 22
por el emisor. Todos los diferentes modos de censado se basan en este principio de funcionamiento. Están diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas. Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz incluye un transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal eléctrica y puede incluir electrónica para condicionamiento de la señal, compensación y formateo de la señal de salida.
Figura N° 10. Sensor fotoeléctrico
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CAPÍTULO III ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL. 3.1.- Mapa de flujo de valor actual y/o diagrama de proceso actual.
VENTAS Los clientes vienen a comprar máquinas dosificadoras de líquido.
la empresa cuenta con las siguientes máquinas
Tres máquinas independientes que
Cuatro máquinas independientes que
realicen un proceso de dosificado de
realicen un proceso de dosificado de
líquido de forma semiautomática
líquido de forma manual 24
Los clientes necesitan máquinas
NO
que integre todo el proceso completo para un dosificado de lí uido
La empresa no cuenta con este tipo de máquinas por lo cual pierde ventas.
SI
La empresa cuenta con este tipo de máquinas por lo cual genera más ventas.
3.2.- Efectos de problema en el área de trabajo en los resultados de la empresa.
Efectos en el producto.
En la empresa DIFA PACK. Se fabrican maquinas que son operadas de forma semiautomática o algunas manualmente. Las maquinas son fabricadas independientemente por proceso. Para tener una mejor panorama de los problemas se tomara el ejemplo de una máquina dosificadora de líquidos. En este dosificado se necesitan de tres a cuatro procesos y son los siguientes. Llenado del líquido, se fabrica una máquina independiente solo para el llenado del líquido, esta máquina no cuenta con una faja transportadora de las botellas, los movimientos de los selectores y a la vez ver si el líquido ya está lleno en la botella 25
son monitoreadas por el hombre. Para los clientes operar este proceso del llenado los pasos a seguir son lo siguiente, el operario realiza los movimientos para llevar la botella a la válvula del llenado y lo hace manualmente colocando la botella y cambia de estado un selector para deslizar hacia abajo la válvula introduciéndolo al pico de la botella y llenarlo el líquido luego cambiar nuevamente de estado el selector para sacar las botellas y colocarlos a un lugar designado. Todo este proceso lo hace un operario
Proceso de taponado de tapas; esta máquina no cuenta con una faja transportadora para las botellas y esto genera una deficiencia para trasladar las botellas. Los clientes operaran este proceso de la siguiente manera, el operario traslada las botellas que ya están llenas del producto liquido llevándolo debajo de un pistón que es accionado mediante un pulsador y nuevamente es trasladado a un lugar designado para las botellas que ya están taponados. Proceso de enroscado; esta máquina lleva un motor DC para el enroscado de las chapas y no cuenta con una faja que transporta las botellas y se enrosca por unidades. Los clientes operan esta máquina de la siguiente manera, el operario traslada las botellas que ya están con chapas y lleva hacia el mecanismo de enroscado levantándolo manualmente y no es seguro ya que no cuenta con ningún sujetador de las botellas y a causa de esto hay perdida de productos en la producción de los cliente. 26
Efectos en los materiales.
La empresa DIFA PACK. Los materiales que emplea para fabricar determinadas máquinas de dosificado son de ACERO INOXIDABLE SANITARIO este acero cumplen los requisitos completos para fabricar una máquina dosificadora. Los dispositivos eléctricos y neumáticos en la empresa son usadas de forma manual para el accionamiento de determinados actuadores ya que el personal que labora en la empresa no cuenta con conocimientos de dispositivos y equipos eléctricos y electrónicos que pueda ser usado para una automatización. Por lo cual la empresa no cuenta con materiales de última tecnología.
Efectos en el costo.
La empresa pierde ventas ya que no cuenta con máquinas modernas que trabajen de forma automática, los clientes necesitan máquinas de procesos completo para un dosificado y los clientes indican en sus pedidos que fabriquen maquinas automatizadas que realice realice un proceso completo de dosificado o de determinados determinados productos sin la intervención del hombre para disminuir la mano de obra. También indican que las maquinas cumplan las normas establecidas de seguridad industrial y protección al medio ambiente y que el acabado de la máquina sea excelente; los mantenimientos de la maquina tanto como preventivo y predictivo sean de forma rápida y eficiente para disminuir pérdida de tiempo en la producción y que el mantenimiento del equipo sea de costos accesibles para los clientes y que el mantenimiento lo realicen técnicos especializados en el área de automatización para las máquinas. 27
Efecto en oportunidades de entrega.
La empresa cuenta en el taller con máquinas dosificadoras que son para mostrar a los clientes. Para que la empresa fabrique una máquina primeramente tiene que haber el pedido del cliente con las características y especificaciones técnicas que el cliente necesita, y también indica la fecha de recojo y días de tolerancia para la entrega del producto y el traslado.
Efectos en la calidad.
La máquina que se fabrican en la empresa tiene un buen acabado y también refleja la calidad en cuanto a la parte mecánica y las instalaciones neumáticas y eléctricas, la empresa cuenta con productos de buena calidad.
3.3.- Análisis de las causas raíces que generan el problema.
NIVELES DE VENTA La empresa pierde ventas al no contar con una máquina automatizada para desarrollar determinados osificados.
PERSONAL FALTA DE CAPACITACIÓN Falta de capacitación al personal.
Debido a que no están capacitados para operar máquinas modernas.
La empresa no cuenta con un sistema automático que integre todo los procesos para un dosificado 28
MATERIALES OBSOLETOS
3.4.- Priorización de causas raíces Frecuencia 70% 60% 50% 40% Frecuencia
30% 20% 10% 0% Personal Fala De Capacitación
Niveles De Venta.
Materiales Obsoletos.
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CAPÍTULO IV PROPUESTA TÉCNICA DE LA MEJORA. 4.1.- Plan de acción de la mejora propuesta.
FECHAS ACTIVIDADES
2014
2015
DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL
MAYO
Planificación y diseño del proyecto Implementación de la parte mecánica Implementación de la parte de neumática Implementación de la parte eléctrica Implementación del circuito de control. Calibración y puesta a prueba del proyecto. 30
4.2.- Consideraciones técnicas, operativas y ambientales para la implementación de la mejora.
consideraciones técnicas.
Requerimientos.
Se requiere un metal que no se oxide en contacto con el agua, que sea resistente a los movimientos y a la vez que sea higiénico y que pueda limpiarse de una forma sencilla.
Se requiere dispositivo que cumpla con las siguientes especificaciones que trabaje a una tensión de 220v ac, y que controle a un solo actuador neumático.
Se requiere un dispositivo que sirve para controlar procesos industriales, a través de programas y que soporte los ruidos eléctricos, el campo magnético y también las vibraciones mecánicas.
Se requiere un dispositivo
que detecte embaces plásticos para la
comunicación con los controladores y que sea muy rápido y detecte a distancias muy largas y cortas y que trabaje a 220v ac.
Posibles soluciones:
Acero inoxidables sanitario.
Acero
Electroválvula neumática 5/2 biestables de 220v ac. 31
Electroválvula neumática 5/2 monoestables de 220v ac.
Electroválvula neumática 5/2 monoestables de 24v DC
Microcontrolador PIC
Módulo Arduino.
Programadores lógicos controlables PLC.
Sensor ultrasónico.
Sensor fotoeléctrico difuso.
Sensor fototransistor.
Sensor capacitivo.
Elección:
1. Acero inoxidable sanitario; este acero cuenta con los requerimientos para realizar máquinas de dosificado debido a que no se oxidan y su fácil operatividad ya que se puede limpiar de una manera muy fácil, este acero inoxidable sanitario tiene un porcentaje muy bajo en cuanto a la contaminación del medio ambiente por lo cual se elige este material para la elaboración del proyecto. 2. Electroválvula neumática 5/2 monoestables de 220v ac, que sirve para controlar actuadores neumáticos. Su operatividad de este dispositivo es muy sencillo y fácil de detectar si tiene alguna falla y sus pruebas son de forma eléctrica y manual, en cuanto al medio ambiente no es contaminante ya que solo sirve para controlar el fluido neumático. 3. Programadores lógicos controlables PLC, estos dispositivos cumplen con 32
los requerimientos para controlar un determinado proceso ya que soportan los ruidos eléctricos en la industria, su operatividad es sencillo en cuanto a la instalación y programación, estos dispositivos no contaminan el medio ambiente. 4. Sensor fotoeléctrico difuso, ya que este sensor detecta a una velocidad muy rápida y también a distancias muy pequeñas y largas y la energía es de 220v ac, y su operatividad es muy sencilla ya que explica sus parámetros y uso en la hoja de datos, y no contaminan el medio ambiente.
4.3.- Recursos técnicos para implementar la mejora propuesta. El control de la maquina automatizada para dosificado está controlado por un PLC (controlador lógicos programable), en el lenguaje Lader o escalera que es empleada para automatizar procesos industriales y entre otros. Para el control de los actuadores y la automatización del proyecto se realizó el siguiente programa.
Leyenda de entradas y salidas del PLC. Entradas
Salidas
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DIAGRAMA ELÉCTRICO DEL PROYECTO
34
DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROGRAMA. SE ACTIVA EL SWITCH TERMO MAGNÉTICO Energiza el 35
Modo de Operación
NO (2)
Sensor detecta
Sensor detecta
Cuenta 4
Activa pistón su etador
Activa pistón su etador
Proceso llenado
Proceso tapado
Proceso enroscado
Programa de control del proyecto.
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37
38
39
40
41
42
Diagrama en Bloques Modo Automático BOTON START
FUENTE DE ALIMETACION
PLC
ACTUADORES
ELECTRO VALVULAS
CILINDROS NEUMATICOS
SENSORES
PROCESO DE LLENADO
CONTACTOR
MOTOR
(FAJA)
PROCESO DE TAPONADO PROCESO DE ENROSCADO
FIN
Secuencia del proceso.
Primero el operario tiene que verificar si la maquina ya está energizado, una vez energizado presiona el botón STAR
Se energiza el PLC, y energiza al motor para el movimiento de la faja.
El PLC recibe señales de los sensores.
El PLC activa a las electroválvulas y activa a los actuadores dependiendo de los procesos.
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Diagrama En Bloques Modo Manual. BOTON START
FUENTE DE ALIMETACION
PLC
ACTUADORES
ELECTRO VALVULAS
CILINDROS NEUMATICOS
CONTACTOR
SELECTOR DEL PROCESO MANUAL. SELECTOR DEL PROCESO DE LLENADO
MOTOR
(FAJA)
SELECTOR DEL PROCESO DE TAPONADO SELECTOR DEL PROCESO DE ENROSCADO
FIN
Secuencia Del Proceso:
Primero el operario tiene que verificar si la maquina ya está energizado, una vez energizado presiona el botón STAR.
Selectores para realizar los procesos en modo manual.
Presionar el pulsador del proceso de llenado previamente de los selectores para acomodar las botellas que serán llenadas.
Presionar el pulsador para el proceso de taponado, después de haber cambiado el estado de los selectores para acomodar las botellas. 44
Cambiaré de estado el selector para detener la botellas en el proceso de enroscado y luego presionar el pulsador para realizar el enroscado.
Faja transportadora de botellas.
La faja transportadora consiste en desplazar las botellas en un solo sentido dando inicio para los procesos a desarrollar. La faja consta de determinados mecanismos para realizar el correcto desplazamiento de las botellas, inicialmente consta de dos patas en el inicio y al final dando un buen soporte para su trabajo, posea dos regletas en los extremos para alinear los desplazamientos de la botella, posea el mecanismo de cuatro chumaceras en los extremos de la faja dando una mejor sujeción, tensión y giro a la faja para su desplazamiento de las botellas, la faja quien desplaza las botellas es de material Lona de color blanco humo. La faja transportadora pose en los extremos dos barras de aluminio que por el medio pasa un eje que está sujeta por las chumaceras y aseguradas por prisiones que dan el giro y a la ves ayudan en la tensión y sujeción a la faja para dar un buen desempeño en sus desplazamientos y eficiencia a la faja transportadora.
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Figura N° 11. Faja transportadora
Proceso del llenado del líquido,
El proceso del llenado está compuesta por mecanismos que realicen con gran eficiencia su proceso, que consta de un alimentador de líquido que esta con una llave de bola controlado por el PLC y lego el líquido se desplaza a través de tuberías de acero inoxidable llegando a un pequeño tanque, el tanque está conectada pequeñas válvulas de que a su vez estos ingresan a la boca de la botella realizando el llenado respectivo.
Figura N° 12. Llenadora 46
Proceso de taponado.
Para este proceso la faja transporta la botella y el sensor detecta la botella y activa a unos pistones neumáticos que detiene la botella y después toma un tiempo en segundo para acomodar las chapas y a través de un pistón con una guia es taponado las botellas para pasar al siguiente proceso.
Figura N° 13. Taponadora
Proceso de enroscado.
El proceso de enroscado es el final, y este proceso está compuesto con piezas mecánicas y componentes neumáticos como pistones y electroválvulas. Consta de un pistón giratorio que a la vez este una vez la botella que es detectada por los 47
sensores rápidamente un pistón lo detienes y la enroscadura o pistón giratorio a través de otro pistos baja hasta llegar a la botella y realiza el respectivo enroscado.
Figura N° 14. Enroscadora
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4.4.- Mapa de flujo de valor de la situación mejorada o diagrama de proceso mejorado.
VENTAS Los clientes vienen a comprar máquinas dosificadoras de líquido.
la empresa cuenta con las siguientes máquinas
Tres a cuatro máquinas
Una sola máquina automatizada que
independientes que realicen un
integra todo el proceso de dosificado
proceso de dosificado de líquido de
de líquido.
forma manual y semiautomático.
Los clientes toman su decisión de acuerdo a sus necesidades.
SI La empresa cuenta con máquinas dosificadoras que trabajan de forma automatizada, manual y semiautomática. El cliente elige la máquina de acuerdo a sus necesidades, y genera mayor venta de máquinas a la empresa.
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4.5.- Cronograma de la ejecución de la mejora.
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4.6.- Aspectos limitantes de la implementación de la mejora.
La empresa no quiere invertir en la capacitación de los personales ya que genera gastos y no está seguro de su personal que después de la capacitación puedan producir para la empresa.
Genera gastos en la compra de equipos que sirven para la automatización y que no cuenta con operarios que sepan su funcionamiento.
No cuenta con los recursos económicos en la empresa para la implementación de estas máquinas automatizadas.
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CAPÍTULO V COSTOS DE IMPLEMENTACÓN DE LA MEJORA 5.1
Costo de materiales
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5.2
Costo de mano de obra
5.3
Costo de máquinas, herramientas y equipos
Para la elaboración del proyecto se ha utilizado máquinas, herramientas y equipos de mecánica de producción, mecánica de banco. Las cuales describiremos a continuación su tiempo de uso y costo.
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5.4
Otros costos de implementación de la Mejora
5.5
Costo total de la implementación de la Mejora
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CAPÍTULO VI EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LA MEJORA 6.1
Beneficio técnico y/o económico esperado de la Mejora
El beneficio técnico de la mejora en la empresa DIFA PACK SRL, es que en las etapas de llenado, entapadas y enroscadas son controlados por un dispositivo lógico PLC (Programador Lógico Controlado) dando la seguridad, garantía y calidad del producto (la máquina). Teniendo en cuenta que su producción será de calidad ya que no tiene contacto con el operador en la planta. El Beneficio económico que se quiere logras
con esta nueva mejora de
innovación es cumplir las necesidades requeridas por el cliente ya que esta mejora se ha tomado en cuenta la necesidad del cliente. Con respecto a la empresa productora de las maquinas aumentara sus ventas y ampliara su frontera de mercado e implementa nueva tecnología al mercado nacional.
6.2
Relación Beneficio/Costo Beneficio
Uno de los beneficios es que teniendo una maquina automática enlazada a varios procesos se tiene un mayor control del producto y de la cálida.
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El beneficio hacia la empresa DIFA PACK es que ahora en adelante amplíe su mercado nacional e internacional con tecnología
Costo
La cantidad de dinero que perdía la empresa por cada cliente que solicitaba una maquina automática era tres veces el precio de una maquina semiautomática, y teniendo en cuenta que en el transcurso de cada año se solicitaba entre tres a cuatro máquinas automatizadas, por lo cual las pérdidas para la empresa no solo era económica si también ampliación de mercado.
Al elabora una maquina automática se recuperaría una gran cantidad de clientes y expansión de mercado, y mucho más que por cada máquina
vendida con línea automatizada es como si se estuviera
vendiendo tres máquinas semiautomáticas y así la empresa obtendría mayor ganancias.
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CAPÍTULO VII CONCLUSIONES 7.1
Conclusiones respecto a los objetivos del Proyecto de
Innovación y/o Mejora
Se cumplió con el diseñar y fabricar del prototipo de un sistema automatizado que integre doto los procesos
de llenado, entapado,
enroscado y paletizado de la empresa DIFA PACK SRL.
Con el presente proyecto se abarco el diseño del sistema de control para la maquina automatizada teniendo en cuenta los pulsadores, selectores, contadores, PLC, etc. que se requieren en una caja de control eléctrica.
Utilizando el Software Zelio Soft 2 se desarrolló del programa del PLC Zelio modelo SR3 B261FU para el prototipo, se nos hiso accesible la plataforma de programación por la cual ha sido utilizado y la inclusión de nuevas tecnologías económicamente viables y que estén acorde con el desarrollo industrial.
Se cumplió con el objetivo de la elaboración mecánica del prototipo, que fue fabricaron en acero inoxidable, algunas piezas se tuvieron que mecanizar, fresar, soldar, etc.
El proyecto apoyará con una mayor rapidez y eficacia en el envasado de bebidas, a su vez reducirá el costo en mano de obra, ya que es un proyecto con proceso automatizado el cual generará menos pérdida de tiempo en esta etapa. 57
La manipulación de la máquina es muy sencilla, por lo que si llegara a ocurrir un problema con la máquina, el operador podría manipularlo para detener el proceso ya que cuenta con un sistema de parada de emergencia.
Lo desarrollado en este proyecto de automatización refleja lo aprendido durante el periodo de prácticas pre profesionales y en las horas de clases de tecnología de los cursos de carrera siendo los principales aplicados en este proyecto para poder ser realizado.
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CAPÍTULO VIII RECOMENDACIONES 8.1
Recomendaciones para la empresa respecto del Proyecto de
Innovación y Mejora
Mantener la maquina en constante inspección, debido a que esta no puede abastecerse por sí misma de insumos.
Cuando la maquina presenta alguna falla se recomienda apagar la energía de alimentación antes de revisar el daño.
Simular el prototipo antes para evitar algunas fallas.
Para asegurar un buen funcionamiento del prototipo se recomienda tener cuidado con el sensor fotoeléctrico ya que si por algún error el sensor detecta movimiento en el área cercana se activa el proceso de llenado en modo automático.
Realizar mantenimiento periódico (al menos una vez por semana) al prototipo.
En caso de avería de algún instrumento o etapa de la maquina no intentar arreglar, puede resultar peligroso, llamar al técnico capacitado para la revisión.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. http://www.rsmation.com/productos.php?parentIdCat=199&parentIdCat1=22 5&parentIdCat2=378 . 2. www.difapackperu.com . 3. www.rockwellautomation.com/rockwellautomation/a 4. www.minimaven.com/serier.pdf 5. www.ab.com/manuals/es/cp/1761 6. www.ab.com.plclogic
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ANEXOS
1) Motoreductor
2) Sensor fotoelectrico
3) Lave solenoide
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4) PLC Zellio logic
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5) Conectores neumaticos
6) Estranguladores neumaticos.
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7) Pistones neumaticos.
8) Silenciadores neumaticos.
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9) Imagen del prototipo
10) Imagen del sistema de control
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11) Sistema electrico
12) Costo del prototipo de maquinas y herramientas
13) Otros costos del prototipo
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14) Costo de materiales del prototipo
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