Video, procesos de manufactura en serie y por lotes

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La telequerica y el control numérico, por María Rosas

El campo de la telequerica abarca la utilización de un manipulador remoto controlado por un ser humano.

A veces denominado teleoperador, el operador remoto es un dispositivo mecánico que traduce los movimientos del operador humano en movimientos correspondientes en una posición remota. A Goertz se le acredita el desarrollo de la telequerica. En 1948 construyó un mecanismo manipulador bilateral maestro-esclavo en el Argonne National Laboratory. El empleo más frecuente de los teleoperadores se encuentra en la manipulación de sustancias radiactivas, o peligrosas para el ser humano.

La combinación del control numérico y la telequerica es la base que constituye al robot modelo. Hay dos individuos que merecen el reconocimiento de la confluencia de éstas dos tecnologías y el personal que podía ofrecer en las aplicaciones industriales. El primero fue un inventor británico llamado Cyril Walter Kenward, que solicitó una patente británica para un dispositivo robótico en marzo de 1954. (El esquema se muestra abajo).

La segunda persona citada es George C. Devol, inventor americano, al que debe atribuirse dos invenciones que llevaron al desarrollo de los robots hasta nuestros días. La primera invención consistía en un dispositivo para grabar magnéticamente señales eléctricas y reproducirlas para controlar un máquina. La segunda invención se denominaba Transferencia de Artículos Programada.

Un robot industrial es un máquina programable de uso general que tiene algunas características antropomórficas o ¨humanoides¨. Las características humanoides más típicas de los robots actuales es la de sus brazos móviles, los que se desplazarán por medio de secuencias de movimientos que son programados para la ejecución de tareas de utilidad.

La definición oficial de un robot industrial se proporciona por la Robotics Industries Association (RIA), anteriormente el Robotics Institute of América.

"Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable diseñado para desplazar materiales , piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos variables programados para la ejecución de una diversidad de tareas".

Se espera en un futuro no muy lejano que la tecnología en robótica se desplace en una dirección que sea capaz de proporcionar a éstas máquinas capacidades.

Automatización y Robótica, por Edgar Sánchez

La historia de la automatización industrial está caracterizada por períodos de constantes innovaciones tecnológicas. Esto se debe a que las técnicas de automatización están muy ligadas a los sucesos económicos mundiales.

El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadora (CAM), son la última tendencia en automatización de los procesos de fabricación y luego se cargaban en el robot.. Éstas tecnologías conducen a la automatización industrial a otra transición, de alcances aún desconocidos.

Aunque el crecimiento del mercado de la industria Robótica ha sido lento en comparación con los primeros años de la década de los 80´s, de acuerdo a algunas predicciones, la industria de la robótica está en su infancia. Ya sea que éstas predicciones se realicen completamente, o no, es claro que la industria robótica, en una forma o en otra, permanecerá.

Como se ha observado la automatización y la robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial se puede definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la operación y control de la producción. En consecuencia la robótica es una forma de automatización industrial.

Hay tres clases muy amplias de automatización industrial : automatización fija, automatización programable, y automatización flexible.

La automatización fija se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.

La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a la variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa (Software).

La automatización flexible, por su parte, es más adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada.

Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre si por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora.

De los tres tipos de automatización, la robótica coincide mas estrechamente con la automatización programable.

En tiempos más recientes, el control numérico y la telequerica son dos tecnologías importantes en el desarrollo de la robótica. El control numérico (NC) se desarrolló para máquinas herramienta a finales de los años 40 y principios de los 50´s. Como su nombre lo indica, el control numérico implica el control de acciones de un máquina-herramienta por medio de números. Está basado en el trabajo original de Jhon Parsons, que concibió el empleo de tarjetas perforadas, que contienen datos de posiciones, para controlar los ejes de una máquina-herramienta.

Tendencias en automatización de los sistemas de producción, por Frank Betancourt

En las últimas décadas hemos sido testigos de un vertiginoso avance de la tecnología de producción. Estos avances se han debido fundamentalmente a la utilización de computadoras, las que han permitido automatizar ciertas tareas que anteriormente requerían la intervención directa del hombre. La automatización de los procesos productivos comienza en la década de los cincuenta, con la invención de las máquinas con control numérico, es decir, máquinas con la capacidad de programar la operación y movimiento de sus herramientas con base en instrucciones que pueden ser leídas y ejecutadas por medio de dispositivos electrónicos (computadoras). El inicio de la automatización en los procesos productivos ha determinado que aparezcan nuevos conceptos administrativos, destinados a identificar las diferentes áreas y los equipos en los que la automatización ocupa un sitio destacado. A continuación presentamos un resumen de los nuevos conceptos administrativos que aparecen como consecuencia de la automatización. Algunos de estos conceptos, por lo general, se reconocen a partir de sus siglas en inglés, por lo que indicamos este nombre entre paréntesis y a continuación mencionamos la traducción al español.

Diseño modular. Es una tendencia en el diseño de nuevos productos o servicios, que persigue generar productos a pedido del cliente, aprovechando al mismo tiempo las ventajas de la producción estandarizada, que da lugar a la producción en masa. Para lograr un diseño modular, se identifican los módulos (componentes) del producto o servicio, que desempeñarán una función específica. Para cada módulo pueden diseñarse diferentes modelos, de acuerdo con los diferentes requerimientos de los clientes potenciales. De esta manera, el cliente puede elegir el producto que más le convenga, seleccionando la combinación de modelos de los respectivos módulos que mejor se ajuste a sus necesidades. La atención de los pedidos bajo esta modalidad podría tomar algo más de tiempo que en la producción estandarizada, si el cliente debe esperar por el ensamble; pero definitivamente tomará menos tiempo que un pedido diseñado especialmente para el cliente. Sin embargo, se aprovechan las otras ventajas de la producción estandarizada, ya que los diferentes modelos de los módulos se pueden producir en masa. Ejemplos de diseño modular pueden encontrarse en las industrias automotriz, electrónica y de muebles, entre otras.

Manufactura celular. Es una tendencia en el diseño de plantas, en especial cuando se fabrican diferentes líneas de producción. Para desarrollar un sistema de manufactura celular, se determinan familias de componentes o productos que tienen características similares y para cada familia se diseña un taller (llamado célula) que, por lo general, está formado por máquinas o equipos diferentes, requeridos para manufacturar el grupo o familia de componentes. Este concepto modifica la antigua idea de taller en función de máquinas o equipos del mismo tipo (por ejemplo, taller de corte, taller de pintura, etc.), ya que una célula está diseñada en función del producto, y puede tener diferentes máquinas o equipos, para realizar diferentes procesos. La ventaja principal de la manufactura celular es que se reducen ampliamente los tiempos de apertura del  proceso, ya que en un mismo taller no se realizan tareas diferentes (para diferentes familias de productos). El operario de una célula, asimismo, debe ser capaz de realizar tareas diferentes (ya que hay equipos diferentes), por lo que se requieren operarios mejor calificados, quienes a su vez realizarán un trabajo menos monótono y más reconfortante. El diseño modular de los productos, por lo general, está asociado a un diseño de disposición de planta mediante el uso de manufactura celular, con lo que se puede lograr una eficiente producción en masa.

Producción por Lotes, por Harmi Grimaldo

Este es otro de los sistemas de producción más comunes que emplean las empresas manufactureras que tienen como característica que su producción tiene una cantidad limitada, también se le denomina producción discontinua porque su proceso no es permanente, se interrumpe debido a que se efectúan una serie de operaciones a cada lote de producción.

Para que un lote de producción pueda pasar de una operación a otra, esta debe estar completamente terminada, porque si se pasan pequeñas cantidades del lote a otra operación, puede generar contratiempos y confusiones en el control de la producción.

Las empresas que aplican este sistema tienen como ventaja que su personal domine eficientemente cada una de las operaciones y que la inversión del capital para la producción se mantenga baja; pero lo que va requerir de un trabajo minucioso y arduo es el área organizativa y de planeación ya que tienen que reducir al máximo el tiempo de inactividad.

La producción por lotes también tiene desventajas entre ellas la ineficacia con respecto a los tiempos muertos, ya que el grupo de trabajo al culminar su trabajo, tiene que detenerse para acondicionar el ambiente de trabajo del nuevo lote de producción.

Este sistema es valioso para las pequeñas empresas que fabrican diferentes productos y que no tienen en mente trabajar con sofisticadas y costosas maquinarias de producciones continuas. La producción por lotes es también útil para una fábrica que haga productos estacionales o aquellos que sean difíciles de pronosticar la demanda, para un lanzamiento piloto de la producción, o para productos que tienen un alto margen de beneficio.

En definitiva estos sistemas de producción se adecúan a las necesidades y requerimientos de las micro y pequeñas empresas quienes al empezar utilizarán equipos modestos, pero conforme crezca su producción tendrán que hacer uso de equipos con tecnología más avanzada.

Métodos de transporte de trabajo, por Adolfo Espinel

Existen distintas formas de mover las unidades de trabajo de una estación a la siguiente. Las dos categorías básicas son manual y mecanizada.

Métodos manuales de transporte de trabajo, implican pasar las unidades de trabajo entre las estaciones en forma manual y se asocian con las líneas de ensamble manual. En algunos casos, el producto de cada estación se recopila en una caja o una charola de carga, cuando la caja está llena se mueve a la siguiente estación.

Métodos mecanizados de transporte de trabajo, se usan sistemas mecánicos de potencia para mover unidades de trabajo a lo largo de una línea de producción. Estos incluyen dispositivos para levantar y cargar, mecanismos para levantar y colocar, transportes que utilizan energía eléctrica (por ejemplo, transporte de cadena colgante, cintas transportadoras, ETC), algunas veces se combinan varios tipos en la misma línea de producción.

También se encuentran los sistemas de transferencia continua,  consiste en un transportador que se mueve continuamente y opera a una velocidad constante. El sistema de transferencia continua es más común en las líneas de ensamble manual.

Como ya se ha hablado de los procesos de manufactura en línea o serie y en lote, estos procesos recurren a procesos que pueden ser manual o automatizadas,  es importante acotar que durante un proceso en línea puede ocurrir la mezcla de ambos, cada uno de ellos tiene sus propias características, ventajas y dificultades.

Líneas de producción manual,  fue en descubrimiento importante en el crecimiento de las industrias de Estados Unidos. Aun en la actualidad tiene importancia global en la manufactura de productos electrónicos de consumo, aparatos eléctricos, herramientas mecánicas y otros productos hechos en grandes cantidades. Estas líneas de producción consisten en múltiples estaciones de trabajo ordenadas en forma secuencial en las cuales trabajadores humanos ejecutan operaciones de ensamble. El procedimiento usual es empezar con el lanzamiento y la utilización de alguna herramienta o máquina que realiza junto con un trabajador un acabado o aporte  para acercarlo al deseado.

Estas líneas de trabajo se debe diseñar de manera correcta cada etapa del proceso se debe balancear la asignación de tareas a cada trabajador como individuo y como equipo de trabajo. Esto define un contenido de trabajo total, este contenido se divide en elementos mínimos de trabajo racional, donde cada elemento se relaciona con agregar un componente o un aporte en la manufactura final. Además, el número de estaciones de trabajo en una línea de ensamble manual ni es necesariamente igual a la cantidad de  trabajadores. Para mayores producciones es necesario asignar más trabajadores.

Las líneas de producción automatizadas, estas líneas consisten en estaciones de trabajos automatizadas, conectadas a un sistema de transferencia de piezas, cuya actuación está coordinada con la de las estaciones. En una situación ideal, no hay trabajadores en la línea, excepto para realizar funciones de manufactura auxiliares como cambiar de herramientas, cargar y descargar piezas de inicio y al final de la línea y actividades de reparación y mantenimiento. Las líneas automatizadas modernas son sistemas integrados que operan bajo el control de una computadora.

Las operaciones realizadas por estaciones automatizadas tienden a ser más simples que las que ejecutan personas en líneas manuales. La razón es que las tareas más sencillas son más fáciles de automatizar. Las operaciones que son difíciles de automatizar son las que requieren varios pasos, así como la aplicación de juicio o capacidad sensorial humana.

Una manera que se puede automatizar procesos de manufactura es atreves de ensamble de estación múltiples los cuales son convenientes para producciones altas. Se usan ampliamente para la producción masiva de piezas pequeñas tales como bolígrafos por ejemplo. El número de componentes y pasos de ensamble está limitado porque la confiabilidad del sistema disminuye rápidamente cuando aumenta la complejidad. Pueden ser: en línea, rotatoria y de carrusel.

Procesos de Manufactura, por Adolfo Espinel

La manufactura como palabra tiene varios siglos de antigüedad, describe en forma adecuada los métodos manuales que se utilizaban cuando se acuño la palabra. La mayor parte de la  manufactura moderna se lleva a cabo por medio de máquinas automatizadas y controladas por computadoras que se supervisan manualmente.

Al describir esto último de acuerdo a las diferentes naturales en las acciones de manufactura cada una de ellas derivándose del material utilizado el proceso, del acabado, de la calidad que se desea, del nivel de piezas a obtener entre un sinfín de condiciones que definen los procesos industriales; estas características son las que definen las necesidades que deben ser satisfechas en el diseño de los sistemas de producciones en las empresas de manufactura. Es por ello que en la actualidad, la tecnología como enfoque dador de todas las herramientas de avanzada para mantener a los productores a la vanguardia y competir en los mercados nacionales e internacionales, así como el enfoque económico el cual permite resguardar el sustento y  el objetivo principal de las empresa que es la ganancia y perduración en el tiempo.

Las líneas de producción son una clase importante en los sistemas de manufactura cuando deben hacerse grandes cantidades de productos idénticos o similares. Están diseñados para situaciones donde el trabajo total que debe realizarse en la pieza o producto consistente en muchos pasos rápidos y separados.  Las líneas de producción o procesos de manufactura en línea consiste en una serie de estaciones de trabajo ordenadas para que el producto pase de una estación a la siguiente y en cada ubicación se realiza se realice una parte del trabajo total.

Las líneas de producción se diseñan para afrontar las variaciones en los modelos de los productos, siempre y cuando las diferencias entre ellos no sean demasiado grandes. Los procesos de manufactura en serie o en línea se pueden dividir en tres, línea de producción para: un modelo único, para modelos por lotes o mixto.

Una línea de modelo único como su nombre lo define solo produce un modelo y no hay variaciones en él. Por tanto, las tareas que se realizan en cada estación son iguales sobre todas las unidades de producto. Las otras líneas de modelo por lotes y de modelos mixtos, se diseñan para enfrentar las variaciones. En el primer caso produce cada modelo en lotes, las estaciones de trabajo se configuran para producir la cantidad deseada del primer modelo y después se reconfiguran para producir la cantidad deseada del siguiente y así sucesivamente; con frecuencia, los productos ensamblados usan este enfoque cuando la demanda de cada producto es media, por tanto, en ese caso la economía favorece el uso de una línea de producción para varios productos en vez de usar líneas separadas para cada modelo.

En el caso de líneas mixtas también producen varios modelos; sin embargo, estos se entremezclan en las mismas líneas, en lugar  de producirse por lotes. Mientras un modelo particular se trabaja en una estación, se procesa uno distinto en la siguiente estación. Cada estación está equipada con las herramientas necesarias y es capaz de realizar las tareas que se requieren para producir cualquier modelo que se requiera.

Ventajas y Desventajas de los Distintos Métodos de Producción Industrial, por Harmi Grimaldo

Producción continúa o en Serie

     Entre las principales ventajas de este método de se encuentran:

•      Especialización del personal que minimiza errores, aumenta el rendimiento y reduce costes de formación.

•      Velocidad del ciclo de fabricación.

•      Simplicidad de las tareas de planificación, gestión y control.

•    Optimización de instalaciones.

•    Ajuste de costes.

     Las desventajas más importantes de la producción continua son:

•     La falta de flexibilidad.

•      El coste de instalación.

•      La criticidad de la intervención humana que puede causar retrasos.

Motores de Producción en Serie

Producción por Lotes

Sus principales ventajas respecto a la opción continua son:

·          Flexibilidad.

·          Minimización de stocks.

Aunque, cuenta con importantes inconvenientes como:

·          Complicaciones administrativas y de gestión.

·          Aumento de costes.

·          Dificultades a la hora de llevar a cabo la selección de personal.

·          Disminución de la velocidad del ciclo de fabricación en comparación con la que puede alcanzarse en una producción continúa.

Producción por Lotes

Producción en Serie

La fabricación en serie es la producción de bienes en grandes cantidades utilizando diseños estandarizados para que sean todos iguales. Habitualmente se emplean técnicas de cadenas de montaje. Una cadena o tren de montaje es un sistema en el que el producto es fabricado según un proceso que se desarrolla paso a paso, a medida que éste va avanzando constantemente entre un conjunto de obreros y máquinas. Este sistema, que Henry Ford incorporó por primera vez de forma masiva a la producción industrial, es uno de los conceptos de productividad más poderoso de la historia. Fue en gran medida responsable del surgimiento y la expansión del sistema industrializado y basado en el consumo existente en la actualidad.

Este sistema es el empleado por las empresas que producen un determinado producto, sin cambies, por un largo período. El ritmo de producción es acelerado y las operaciones se ejecutan sin interrupción. Como el producto es el mismo, el proceso de producción no sufre cambios seguidos y puede ser perfeccionado continuamente.

Este tipo de producción es aquel donde el contenido de trabajo del producto aumenta en forma continua. Es aquella donde el procesamiento de material es continuo y progresivo.

Entonces la operación continua significa que al terminar el trabajo determinado en cada operación, la unidad se pasa a la siguiente etapa de trabajo sin esperar todo el trabajo en el lote. Para que el trabajo fluya libremente los tiempos de cada operación deberán de ser de igual longitud y no deben aparecer movimiento hacia fuera de la línea de producción. Por lo tanto la inspección deberá realizarse dentro de la línea de producción de proceso, no debiendo tomar un tiempo mayor que el de operación de la unidad. Además como el sistema esta balanceado cualquier falla afecta no solo a la etapa donde ocurre, sino también a las demás etapas de la línea de producción. Bajo esas circunstancias la línea se debe considerar en conjunto como una entidad aislada y no permitiéndose su descompostura en ningún punto.

Se cree aveces que la producción continua es una técnica reciente , lo cual no es cierto. Pues en 1784 en Pensilvania , se diseñó y opero un molino de granos mecanizado; en 1804 el arsenal británico desarrollo una línea continua con trabajadores dispuestos a lo largo de una máquina amasadora de galletas. Sin embargo el ejemplo más significativo de producción continua se realizó mucho mas tarde en 1914-16, cuando la compañía Ford, instalo una gran planta de producción en serie para fabricar el auto Modelo T.

Para que la producción continua pueda funcionar satisfactoriamente hay que considerar los siguientes requisitos:

Debe haber una demanda sustancialmente constante. Si la demanda fuera intermitente, originaría una acumulación de trabajo terminado que podría originar dificultades de almacenaje. Alternativamente, si la producción fluctuara debido a la demanda, el establecimiento y balance de la línea continua necesitarían realizarse con cierta frecuencia, lo cual conduce a un costo excesivamente alto. En las industrias que tienen demandas con gran fluctuación, se alcanza la nivelación produciendo más existencias durante los periodos `planos', y de estas existencias se completa la producción corriente durante los periodos `pico'. Por supuesto el costo que se paga por esta simplificación organizacional es el costo de llevar en existencia los productos terminados.

El producto debe normalizarse. Una línea continua es inherentemente inflexible, no pudiendo dar cabida a variaciones en el producto. Se puede lograr una variedad relativa variando los acabados, las decoraciones y otros conceptos menores.

El material debe ser específico y entregado a tiempo. Debido a la inflexibilidad, la línea continua no puede aceptar variaciones del material. Además, si el material no esta disponible cuando se le requiere, el efecto es grave debido a que congelaría toda la línea.

Todas las etapas tienen que estar balanceadas. Si se ha de cumplir con el requerimiento de que el material no descanse, el tiempo que tome cada etapa debe ser el mismo, lo cual significa que la línea debe estar balanceada.

Todas las operaciones tienen que ser definidas. Para que la línea mantenga su equilibrio, todas las operaciones deben ser constantes.

El trabajo tiene que confinarse a normas de calidad.

Cada etapa requiere de maquinaria y equipo correctos. La falta de aparatos apropiados ocasiona el desequilibrio de la línea, lo cual ocasiona ineficiencia en la secuencia entera. Esto puede traducirse en una gran infrautilización de la planta.

El mantenimiento tiene que prevenir y no corregir las fallas. Si el equipo falla en cualquier etapa la línea se detiene completamente. Para evitar eso se tiene que aplicar un programa en vigencia de mantenimiento preventivo.

La inspección se efectúa `en línea' con la producción. Deberá estar balanceada como una operación mas dentro de la línea para evitar una dislocación del flujo en la línea.

Para lograr lo anterior se requiere una gran planeación previa a la producción, particularmente para asegurar la entrega a tiempo del material correcto, y para que las operaciones sean de igual duración.