Grupos tecnológicos y manufactura flexible
Grupos tecnológicos es un enfoque para manufactura en el que se identifican y agrupan partes similares para aprovechar sus similitudes en el diseño y en la producción.
Es también conocido como tecnología de grupo y se instrumenta mediante técnicas manuales automatizadas. Cuando se usa automatización por lo general se usa el término sistema flexible de manufactura.
Este trabajo esta dividido en tres secciones: A través de el describiremos primeramente las características, ventajas y desventajas de los grupos tecnológicos a fin de que se logre una completa comprensión de este enfoque.
Seguido de esto enunciaremos los factores que influyen en los procesos de manufactura, para tener un bosquejo que nos permita identificarlos en lo que será nuestro diseño de manufactura.
Esperamos que el contenido de este trabajo sea de mucha utilidad al lector y que le permita reforzar sus conocimientos académicos.
Grupos tecnológicos
Práctica de manufactura por la que se agrupan las piezas en familias con características similares (geométricas o de procesamiento).
Caracterización
- Una característica central de la tecnología de grupos es la familia de partes.
- Una familia de partes poseen similitudes en la forma geométrica y el tamaño o en los pasos de procesamiento que se usan en su manufactura.
En otras palabras:
- Se identifican y agrupan partes similares para aprovechar sus similitudes en el diseño y la producción.
- Las similitudes entre las partes permiten agruparlas como familias
El concepto de Tecnología de Grupo se implementa bien en la Manufactura Celular.
La tecnología de Grupo es un enfoque para la producción de partes en cantidades medias. Las partes (y los productos) en este rango de cantidad por lo general se hacen en lotes.
La producción en lotes tiene las siguientes desventajas:
- Tiempo de detención para cambios.
- Costos altos de realización de inventarios.
La tecnología de grupos minimiza estas desventajas reconociendo que aunque las partes son distintas, poseen similitudes.
La tecnología de grupos explota las similitudes utilizando procesos y habilitación de herramientas similares para producirlas. La TG se instrumenta mediante técnicas manuales automatizadas. Cuando se usa automatización, con frecuencia se utiliza el termino Sistema de Manufactura Flexible.
Ventajas:
La Tecnología de Grupos aporta beneficios sustanciales a las compañías si estas tienen la disciplina y perseverancia para instrumentarla.
Los beneficios potenciales son:
- Promueven la estandarización en la habilitación de las herramientas, la instalación de soportes y las disposiciones.
- Se reduce el manejo de material porque las partes se mueven dentro de una celda de maquinado y no dentro de toda la fábrica.
- Son posibles calendarios de producción mas sencillos.
- Se reduce el tiempo de producción.
- Se reduce el trabajo en proceso.
- Se simplifica la planeación de los procesos.
- Por lo general mejora la satisfacción de los trabajadores cuando laboran en una celda de tecnología de grupo.
- Se obtiene un trabajo de mayor calidad usando este recurso.
- Simplifica la planeación y el control de la producción.
- Ordena en forma optima la secuencia y la carga, a la vez que reduce los tiempos de preparación y maquinado así como los inventarios durante el proceso.
- Hace posible la normalización del diseño de las piezas, y minimización de duplicaciones de diseño.
- Se pueden estimar con mas facilidad los costos de manufactura, y se pueden obtener con mayor facilidad las estadísticas sobre materiales, procesos, cantidad de piezas producidas o demás factores.
Desventajas:
Existen problemas para llevar a cabo la tecnología de grupos, entre estos están:
- Un problema obvio es el reordenamiento de las maquinas para producción en la planta en las celdas de maquinado convenientes.
- Se requiere tiempo para planear y realizar este reordenamiento: las maquinas dejan de producir durante el cambio.
- El mayor problema para iniciar la tecnología de grupo es identificar las familias de partes: si la planta hace 10, 000 partes distintas, la remisión de todos los dibujos de partes y su agrupación en familias consume una cantidad importante de tiempo.
- Resulta difícil balancear el trabajo y la utilización de la maquina.
- Es difícil encontrar el personal adecuado para la supervisión.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LOS PROCESOS DE MANUFACTURA
• MATERIALES
• MAQUINAS HERRAMIENTAS
• COSTOS
• VOLUMENES DE PRODUCCION
• MATERIALES.
La mayoría de los materiales en la manufactura pueden clasificarse en una de las 3 categorías básicas:
1. Metales
2. Productos cerámicos
3. polímeros
Tanto sus propiedades químicas como sus propiedades físicas y mecánicas son diferentes; estas diferencias afectan los procesos de manufactura que se usan para transformarlos en productos finales.
Además de estas tres categorías básicas existe otra:
4. Materiales compuestos
• MAQUINAS HERRAMIENTAS.
Para la ejecución de las operaciones de producción se utilizan maquinas y herramientas (así como de obra).
Entre todas la maquinas de producción las maquinas herramienta son las mas versátiles, no solamente se utilizan para fabricar artículos de consumo, sino también para producir componentes para otras maquinas de producción.
Todas las maquinas herramienta tienen un conjunto de partes y actividades que las distinguen y caracterizan. El tipo de herramienta depende del proceso de manufactura que se vaya a realizar.
Estas máquinas pueden clasificarse en tres categorías: máquinas devastadoras convencionales, prensas y máquinas herramientas especiales. Las máquinas devastadoras convencionales dan forma a la pieza cortando la parte no deseada del material y produciendo virutas. Las prensas utilizan diversos métodos de modelado, como cizallamiento, prensado o estirado. Las máquinas herramientas especiales utilizan la energía luminosa, eléctrica, química o sonora, gases a altas temperaturas y haces de partículas de alta energía para dar forma a materiales especiales y aleaciones utilizadas en la tecnología moderna.
Torno
El torno, la máquina giratoria más común y más antigua, sujeta una pieza de metal o de madera y la hace girar mientras un útil de corte da forma al objeto. El útil puede moverse paralela o perpendicularmente a la dirección de giro, para obtener piezas con partes cilíndricas o cónicas, o para cortar acanaladuras. Empleando útiles especiales un torno puede utilizarse también para obtener superficies lisas, como las producidas por una fresadora, o para taladrar orificios en la pieza.
Perfiladora
La perfiladora se utiliza para obtener superficies lisas. El útil se desliza sobre una pieza fija y efectúa un primer recorrido para cortar salientes, volviendo a la posición original para realizar el mismo recorrido tras un breve desplazamiento lateral. Esta máquina utiliza un útil de una sola punta y es lenta, porque depende de los recorridos que se efectúen hacia adelante y hacia atrás.
Por esta razón no se suele utilizar en las líneas de producción, pero sí en fábricas de herramientas y troqueles o en talleres que fabrican series pequeñas y que requieren mayor flexibilidad.
Cepilladora
Esta es la mayor de las máquinas herramientas de vaivén. Al contrario que en las perfiladoras, donde el útil se mueve sobre una pieza fija, la cepilladora mueve la pieza sobre un útil fijo. Después de cada vaivén, la pieza se mueve lateralmente para utilizar otra parte de la herramienta. Al igual que la perfiladora, la cepilladora permite hacer cortes verticales, horizontales o diagonales. También puede utilizar varios útiles a la vez para hacer varios cortes simultáneos.
Fresadora
En las fresadoras, la pieza entra en contacto con un dispositivo circular que cuenta con varios puntos de corte. La pieza se sujeta a un soporte que controla el avance de la pieza contra el útil de corte. El soporte puede avanzar en tres direcciones: longitudinal, horizontal y vertical. En algunos casos también puede girar. Las fresadoras son las máquinas herramientas más versátiles. Permiten obtener superficies curvadas con un alto grado de precisión y un acabado excelente. Los distintos tipos de útiles de corte permiten obtener ángulos, ranuras, engranajes o muescas.
Taladradoras y perforadoras
Las máquinas taladradoras y perforadoras se utilizan para abrir orificios, para modificarlos o para adaptarlos a una medida o para rectificar o esmerilar un orificio a fin de conseguir una medida precisa o una superficie lisa.
Hay taladradoras de distintos tamaños y funciones, desde taladradoras portátiles a radiales, pasando por taladradoras de varios cabezales, máquinas automáticas o máquinas de perforación de gran longitud. La perforación implica el aumento de la anchura de un orificio ya taladrado. Esto se hace con un útil de corte giratorio con una sola punta, colocado en una barra y dirigido contra una pieza fija. Entre las máquinas perforadoras se encuentran las perforadoras de calibre y las fresas de perforación horizontal y vertical.
Rectificadoras
Las rectificadoras son máquinas herramientas equipadas con muelas abrasivas de precisión y sistemas adecuados para sujetar, colocar, girar o desplazar la pieza para poder afinarla hasta lograr el tamaño, forma y acabado deseados. La muela va montada en un eje movido por un motor, que la hace girar a unos 30 metros/segundo. Las rectificadoras suelen clasificarse según la forma de la pieza a afinar, el modo de sujeción y la estructura de la máquina. Los cuatro tipos de rectificadoras de precisión son las rectificadoras de puntos, las rectificadoras sin puntos, las interiores y las de superficie.
Las rectificadoras de puntos o exteriores se usan con piezas cilíndricas taladradas por su centro en cada extremo, lo que permite sujetar la pieza entre dos puntos y hacerla girar. Las piezas rectificadas entre los puntos van desde minúsculos manguitos de válvula hasta laminadoras siderúrgicas con diámetros superiores a 1,5 m y pesos de casi 100 toneladas.
Las rectificadoras sin puntos eliminan la necesidad de taladrar los extremos de la pieza. En estas máquinas la pieza se sujeta sobre una cuchilla de apoyo y una rueda reguladora, que también controla la rotación de la pieza. Se utilizan para afinar objetos como bolas de bolos, suturas quirúrgicas o rodamientos de rodillos cónicos.
Las rectificadoras interiores se emplean para el acabado de los diámetros interiores de engranajes, guías de rodamientos y piezas similares. Las muelas abrasivas son pequeñas y giran a velocidades muy elevadas, entre 15.000 y 200.000 revoluciones por minuto. La pieza va rotando despacio mientras la muela permanece fija.
Las rectificadoras de superficie se emplean para superficies planas. La pieza se coloca en un banco plano y se mantiene en su sitio mediante electroimanes o dispositivos de fijación. La muela se hace descender sobre la pieza mientras el banco se desplaza con un movimiento alternativo o gira lentamente.
Pulidora
El pulido es la eliminación de metal con un disco abrasivo giratorio que trabaja como una fresadora de corte.
El disco está compuesto por un gran número de granos de material abrasivo conglomerado, en que cada grano actúa como un útil de corte minúsculo. Con este proceso se consiguen superficies muy suaves y precisas.
Dado que sólo se elimina una parte pequeña del material con cada pasada del disco, las pulidoras requieren una regulación muy precisa. La presión del disco sobre la pieza se selecciona con mucha exactitud, por lo que pueden tratarse de esta forma materiales frágiles que no pueden procesarse con otros dispositivos convencionales.
Sierras
Las sierras mecánicas más utilizadas pueden clasificarse en tres categorías, según el tipo de movimiento que se utiliza para realizar el corte: de vaivén, circulares o de banda. Las sierras suelen tener un banco o marco, un tornillo para sujetar la pieza, un mecanismo de avance y una hoja de corte.
Útiles y fluidos para el corte
Dado que los procesos de corte implican tensiones y fricciones locales y un considerable desprendimiento de calor, los materiales empleados en los útiles de corte deben ser duros, tenaces y resistentes al desgaste a altas temperaturas. Hay materiales que cumplen estos requisitos en mayor o menor grado, como los aceros al carbono (que contienen un 1 o 1,2% de carbono), los aceros de corte rápido (aleaciones de hierro con volframio, cromo, vanadio o carbono), el carburo de tungsteno y los diamantes. También tienen estas propiedades los materiales cerámicos y el óxido de aluminio.
En muchas operaciones de corte se utilizan fluidos para refrigerar y lubricar. La refrigeración alarga la vida de los útiles y ayuda a fijar el tamaño de la pieza terminada. La lubricación reduce la fricción, limitando el calor generado y la energía necesaria para realizar el corte. Los fluidos para corte son de tres tipos: soluciones acuosas, aceites químicamente inactivos y fluidos sintéticos.
Prensas
Las prensas dan forma a las piezas sin eliminar material, o sea, sin producir viruta. Una prensa consta de un marco que sostiene una bancada fija, un pistón, una fuente de energía y un mecanismo que mueve el pistón en paralelo o en ángulo recto con respecto a la bancada. Las prensas cuentan con troqueles y punzones que permiten deformar, perforar y cizallar las piezas. Estas máquinas pueden producir piezas a gran velocidad porque el tiempo que requiere cada proceso es sólo el tiempo de desplazamiento del pistón.
Máquinas herramientas no convencionales
Entre las máquinas herramientas no convencionales se encuentran las máquinas de arco de plasma, las de rayo láser, las de descarga eléctrica y las electroquímicas, ultrasónicas y de haz de electrones. Estas máquinas fueron desarrolladas para dar forma a aleaciones de gran dureza utilizadas en la industria pesada y en aplicaciones aerospaciales. También se usan para dar forma y grabar materiales muy delgados que se utilizan para fabricar componentes electrónicos como los microprocesadores.
Arco de plasma
La mecanización con arco de plasma utiliza un chorro de gas a alta temperatura y gran velocidad para fundir y eliminar el material. El arco de plasma se utiliza para cortar materiales difíciles de seccionar con otros métodos, como el acero inoxidable y las aleaciones de aluminio.
Láser
La mecanización por rayo láser se consigue dirigiendo con mucha precisión un rayo láser, para vaporizar el material que se desea eliminar. Este método es muy adecuado para hacer orificios con gran exactitud. También puede perforar metales refractarios y cerámicos y piezas muy finas sin abarquillarlas. Otra aplicación es la fabricación de alambres muy finos.
Descarga eléctrica
La mecanización por descarga eléctrica, conocida también como erosión por chispa, utiliza la energía eléctrica para eliminar material de la pieza sin necesidad de tocarla. Se aplica una corriente de alta frecuencia entre la punta del útil y la pieza, haciendo que salten chispas que vaporizan puntos pequeños de la pieza. Como no hay ninguna acción mecánica, pueden realizarse operaciones delicadas con piezas frágiles. Este método produce formas que no pueden conseguirse con procesos de mecanizado convencionales.
Electroquímica
Este tipo de mecanización emplea también la energía eléctrica para eliminar material. Se crea una celda electrolítica en un electrolito, utilizando el útil como cátodo y la pieza como ánodo y se aplica una corriente de alta intensidad pero de bajo voltaje para disolver el metal y eliminarlo. La pieza debe ser de un material conductor. Con la mecanización electroquímica son posibles muchas operaciones como grabar, marcar, perforar y fresar.
Ultrasónica
La mecanización ultrasónica utiliza vibraciones de alta frecuencia y baja amplitud para crear orificios y otras cavidades. Se fabrica un útil relativamente blando con la forma deseada y se aplica contra la pieza con una vibración, utilizando un material abrasivo y agua. La fricción de las partículas abrasivas corta poco a poco la pieza. Este proceso permite mecanizar con facilidad aceros endurecidos, carburos, rubíes, cuarzo, diamantes y vidrio.
Haz de electrones
Este método de mecanización utiliza electrones acelerados a una velocidad equivalente a tres cuartas partes de la velocidad de la luz. El proceso se realiza en una cámara de vacío para reducir la expansión del haz de electrones a causa de los gases de la atmósfera. La corriente de electrones choca contra un área de la pieza delimitada con precisión. La energía cinética de los electrones se convierte en calor al chocar éstos contra la pieza, lo que hace que el material que se quiere eliminar se funda y se evapore, creando orificios o cortes. Los equipos de haz de electrones se suelen utilizar en electrónica para grabar circuitos de microprocesadores.
• COSTOS
Son la cantidad desembolsada o invertida para comprar o producir un bien.
Se pueden clasificar en dos grandes categorías: por un lado están los costes fijos, como el alquiler o la renta que se paga por las instalaciones y que no dependen de la cantidad producida, y por otro, los costes variables, que dependen de la cantidad de materias primas utilizadas y de los salarios pagados que varían en función de lo producido.
Cuando las empresas o compañías calculan sus costos, suelen evaluar también los costos marginales y los costos medios. El marginal es el costo de producir una unidad adicional. El costo medio es el gasto total dividido por el número de unidades producidas. El precio tiene que ser igual al costo marginal de la última unidad producida para que la empresa no incurra en pérdidas al producir esta última unidad.
Los costos ofrecen una base para determinar la utilidad, para hacer la planeación de las utilidades, para el control y para la toma de decisiones
A través de la historia, factores como la inflación, la fiscalización, los costos de mano de obra, los costos de material, así como los costos de distribución, han impulsado a las industrias a buscar modos mejores y más económicos de realizar la producción.
La mayoría de los productos que se elaboran para el público general solo dan resultados satisfactorios si se pueden producir en masa y comercializar a precios ventajosos
El diseño de producto afecta los costos de manufactura (mano de obra directa e indirecta, materias primas y gastos generales), los costos de garantía y reparaciones en el campo. Muchas veces una simplificación en el diseño puede mejorar el costo de un producto. Al reducir el numero de piezas fabricadas, los costos de las materias primas por lo general se reducen, bajan los niveles de inventario, se reduce el numero de proveedores, y el tiempo de producción puede disminuir.
• VOLUMENES DE PRODUCCIÓN
La cantidad de productos hechos por una fábrica influye significativamente sobre la forma en que esta organiza a su personal, sus instalaciones y sus procesos y procedimientos.
Los volúmenes de producción pueden clasificarse en tres categorías:
• Baja (1-100 unidades anuales)
• Media (101- 10,000 unidades anuales)
• Alta (producción de 10, 001 a varios millones de unidades anuales)
La mayoría de los productos que se elaboran en una fábrica solo dan resultados satisfactorios si se pueden producir en masa y comercializar a precios ventajosos.
El mejor diseño del producto es tan bueno como lo sea su capacidad de producirse de manera competitiva.
La capacidad de producción de una planta influye directamente en el nivel de automatización de la misma, la cantidad de materiales utilizados en el proceso y en los costos de producción.
Un taller de trabajo debe diseñarse para máxima flexibilidad, a fin de enfrentar la amplia variedad de productos que pudieran producirse.
NUESTRO DISEÑO:
HEBILLA – MADERA
Madera, sustancia dura y resistente que constituye el tronco de los árboles y se ha utilizado durante miles de años como combustible y como material de construcción.
CLASIFICACIÓN
• Las maderas se clasifican en duras y blandas según el árbol del que se obtienen.
• La madera de los árboles de hoja caduca se llama madera dura, y la madera de las coníferas se llama blanda, con independencia de su dureza.
• Así, muchas maderas blandas son más duras que las llamadas maderas duras.
DURACIÓN DE LA MADERA
La madera es, por naturaleza, una sustancia muy duradera.
COSTOS:
Los costos de la madera varían de acuerdo al tipo. Las maderas menos costosas son las que provienen del pino.
HEBILLA – ACERO
El Hierro, debido a su abundancia y a sus propiedades químicas, se ha convertido en uno de los metales más usados en la civilización actual.
Se puede combinar con otros metales para formar nuevos compuestos con diferentes propiedades, denominados “aleaciones”.
Es un elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado.
Es uno de los elementos metálicos más abundantes en el planeta. Constituye aproximadamente el 4.5% de la corteza terrestre.
Las Aleaciones férreas son aquéllas en las que el principal componente es el hierro, y es muy importante como material para la construcción de diversos equipos.
Su producción es muy elevada, debido a:
- Abundancia de hierro en la corteza terrestre
- Técnicas de fabricación de los aceros es económica.
- Alta versatilidad.
ACERO:
En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos.
Es muy usado debido a su bajo costo y propiedades.
MAQUINAS HERRAMIENTAS:
Las maquinas herramientas que se pueden utilizar para hacer nuestra pieza en madera son:
- El cepillo
- La fresadora
- El torno
Esto de acuerdo a los procesos que se logran con cada una de ellas.
VOLÚMENES DE PRODUCCIÓN:
Es posible tener un volumen de producción media de acuerdo a la abundancia de este material en nuestro medio y visto desde un punto de vista ecológico, de tal forma que no tengamos una repercusión negativa en nuestro hábitat.
La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente.
*Aceros inoxidables: Resisten la corrosión (herrumbre) en muchos ambientes, especialmente en la atmósfera. El principal elemento componente es el cromo (>11%).
MAQUINAS HERRAMIENTAS:
Las maquinas herramientas que se pueden utilizar para hacer nuestra pieza en acero son:
- La fresadora
- La dobladora
- El torno
- La rectificadora
- Centro de maquinado
Esto de acuerdo a los procesos que se logran con cada una de ellas.
VOLÚMENES DE PRODUCCIÓN:
Son posibles grandes volúmenes de producción de acuerdo a la abundancia de este material en la corteza terrestre.
RESUMEN
- Grupos tecnológicos es la práctica de manufactura por la que se agrupan las piezas en familias con características similares (geométricas o de procesamiento). Explota las similitudes utilizando procesos y habilitación de herramientas similares para producirlas.
- Unas de sus principales ventajas son que: se reduce el manejo de material porque las partes se mueven dentro de una celda de maquinado y no dentro de toda la fabrica y que se pueden estimar con mas facilidad los costos de manufactura, y se pueden obtener con mayor facilidad las estadísticas sobre materiales, procesos, cantidad de piezas producidas o demás factores
- La mayor desventaja de este enfoque es que para iniciar la tecnología de grupo es necesario identificar las familias de partes: si la planta hace 10, 000 partes distintas, la remisión de todos los dibujos de partes y su agrupación en familias consume una cantidad importante de tiempo y las maquinas dejan de funcionar durante el cambio lo que se traduce en perdidas para la planta.
- Los factores que influyen directamente en los procesos de manufactura son los materiales, los costos, las maquinas herramientas y los volúmenes de producción, es decir, de ellos dependerá el comportamiento de los procesos.
- Nuestro diseño fue una hebilla y se baso fundamentalmente en la comparación de las características y propiedades de la madera y el acero y ver ventajas y desventajas de ambas, de tal forma que se tomara una decisión a partir también de los costos, las maquinas herramientas necesarias para llevarlo a cabo y los volúmenes de producción posibles.
Referencias Bibliográficas:
- FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA: Materiales, Procesos y sistemas. Mikell P. Groover. Ed. Prentice may. Cap 1 y 38
- PRODUCTIVIDAD Y OPTIMIZACION: Ing de manufactura. Daniel t. Koening. Publicaciones Marcombo. (ventajas de los Grupos Tecnológicos)
- MANUAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL VOL. I. Gabriel Salvendy. Editorial Limusa. (Grupos Tecnológicos)
- 4. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA PARA INGENIEROS. Lawrence E. Doyle/Leach/Schrader/Singer. Editorial Prentice Hall
- MANUFACTURA: INGENIERIA Y TECNOLOGÍA. Kalpakjan –Schmid. Editorial Prentice Hall
