Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Máster Máster en Organización industrial y Gestión de Empresas Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica. Autor: Inés Márquez Carbonell Tutor: Miguel Torres García Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2022 iii Proyecto Fin de Máster Máster en Organización industrial y Gestión de Empresas Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Autor: Inés Márquez Carbonell Tutor: Miguel Torres García Catedrático de Universidad Dpto. Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2022 v Proyecto Fin de Carrera: Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Autor: Inés Márquez Carbonell Tutor: Miguel Torres García El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2022 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mis maestros ix Agradecimientos A mi familia por su apoyo y ayuda durante todo el Máster. A mi tutor Miguel Torres García por su disposición, sus consejos y ayuda para la elaboración del TFM. Al departamento de Ingeniería de mi empresa por su inestimable colaboración y la oportunidad que me brindaron al poder realizar este trabajo en sus instalaciones. Inés Márquez Carbonell Sevilla, 2022 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 TCY por referencia en los 3 puestos de OP370 37 Tabla 2 Posición piezas en el puesto de Esmerilado 40 Tabla 3 Elementos físicos de la línea 74 Tabla 4 Volumen de piezas gestionado por cada medio 76 Tabla 5. Volumen de piezas sobre manutención 78 Tabla 6 Tiempos de ciclo de las maquinas 78 Tabla 7 Cambios de herramienta 79 Tabla 8 Resumen de hora Simulación 105 Tabla 9 Salario por convenio 105 Tabla 10 Costes de material 106 Tabla 11 Costes indirectos 106 Tabla 12 Costes totales Simulación 107 xvii ÍNDICE DE FIGURAS Ilustración 1 Eje 1 14 Ilustración 2 Eje 2 14 Ilustración 3.Eje 3 15 Ilustración 4.Plano Implantación Línea 18 Ilustración 5. Sinóptico de operaciones 19 Ilustración 6.Correspondencia máquina/operación 20 Ilustración 7 Esquema flujos logísticos externos línea 20 xix Ilustración 8 Plato TTH Eje1 22 Ilustración 9 Plato TTH Ejes 2 y 3 22 Ilustración 10 Carros TTH 23 Ilustración 11 Carros Pieza terminada 24 Ilustración 12 Bacs de pieza acabada. Eje 2 25 Ilustración 13 Puesto de Carga OP 295 26 Ilustración 14 Posición ejes en carros TTH 26 Ilustración 15. Posición Ejes sobre manutención 27 Ilustración 16 OP 297 MARCADO 29 Ilustración 17 Orientación piezas en manutención entrada 30 Ilustración 18 Zonas de marcado sobre piezas 30 Ilustración 19 Orientación de las piezas a la salida del marcado 31 Ilustración 20 Alzado y planta del puesto 34 Ilustración 21 Rectificadoras para la OP370 36 Ilustración 22 Orientación de cada una de las piezas dentro de los puestos de rectificado 37 Ilustración 23 Puestos OP400 y OP410 39 Ilustración 24. Orientación piezas en el puesto de carga/descarga de la manutención 41 Ilustración 25 Imagen real piezas sobre manutención Esmerilado 41 Ilustración 26 Definición del puesto Control 100% 44 Ilustración 27 Posición piezas puesto medida 45 Ilustración 28 Puesto de descarga OP 425 46 Ilustración 29 Posición de las piezas en los Bacs 47 Ilustración 30. Posición Ejes sobre manutención 47 Ilustración 31 Definición manutenciones 49 Ilustración 32 Esquema Topes/ Pretopes manutenciones 50 Ilustración 33 Diseño falsa pieza 51 Ilustración 34 Máscara de sensores previa a cada operación 51 Ilustración 35 Gestión cambio de ráfaga 52 Ilustración 36. Cambio de ráfaga en Operación de Carga 53 Ilustración 37 elementos de cambio de ráfaga OP 370 54 Ilustración 38 Vaciado pórtico 1 55 Ilustración 39 Movimiento Robot Esmerilado 57 Ilustración 40. Logotipo del Simulador Witness 66 Ilustración 41 Interfaz Witness. Pantalla de inicio 68 Ilustración 42 Modelo de simulación Witness Línea Ejes Duros 80 Ilustración 43 Árbol de elementos del modelo 81 Ilustración 44Representación gráfica Parts del modelo 82 Ilustración 45 Fase Detail Parts 83 Ilustración 46 Subdivisión de tramos para el modelado 83 Ilustración 47 Fase Detail Buffers 84 Ilustración 48 Fase Detail Machines 85 Ilustración 49 Reglas de entrada RECT_1 86 Ilustración 50 Fase Detail variables 87 Ilustración 51 OP295 Sistema vs Modelo 87 Ilustración 52 OP297 Sistema vs Modelo 90 Ilustración 53 OP300 Sistema vs Modelo 92 Ilustración 54 OP370 Sistema vs modelo 94 Ilustración 55 OP400/410 Esmerilado/Lavado 95 Ilustración 56 OP420 Sistema vs Modelo 98 Ilustración 57 OP425 Sistema vs Modelo 99 Ilustración 58 Posibles estados de las máquinas 100 Ilustración 59 Saturación en la zona del UR interoperación 100 Ilustración 60 Saturación en UR interop. Modelo 101 Ilustración 61 Saturación de manutención circular. Sistema 102 xxi Notación A* Conjugado c.t.p. En casi todos los puntos c.q.d. Como queríamos demostrar ∎ Como queríamos demostrar e.o.c. En cualquier otro caso e número e IRe Parte real IIm Parte imaginaria sen Función seno tg Función tangente arctg Función arco tangente sen Función seno sinxy Función seno de x elevado a y cosxy Función coseno de x elevado a y Sa Función sampling sgn Función signo rect Función rectángulo Sinc Función sinc ∂y ∂x x◦ Derivada parcial de y respecto Notación de grado, x grados. Pr(A) Probabilidad del suceso A SNR Signal-to-noise ratio MSE Minimum square error : Tal que < Menor o igual > Mayor o igual \ Backslash ⇔ Si y sólo si 1 1 INTRODUCCIÓN. OBJETO DEL PROYECTO ivimos en un momento en el que términos como producción, logística o cadena de suministro, no son únicamente territorio de directores de operaciones o responsables de Supply Chain, sino que están en el primer puesto en la lista de prioridades de los CEOs de las grandes corporaciones y que ocupan, y preocupan, a líderes y gobernantes a nivel global. Es más que frecuente la mención a la incertidumbre en la que estos términos están inmersos, y a como la pandemia además ha resultado en una “cronificación” de este problema. Cronificación que se resume en demandas de productos disparadas con escaso o nulo margen de previsión en flujos tensos, escasez de materias primas, faltas de suministro repentina o incidencias inesperadas en cualquier punto de la cadena de suministro imposibles de planificar. Todos esos factores suponen pérdidas económicas que tienen un impacto no menor en la cuenta de resultados de las empresas mejor arma para ser menos vulnerables a este entorno tan impredecible es la agilidad. Agilidad que permita a las empresas ser capaces de anticiparse a esos eventos disruptivos o, al menos, minimizar los tiempos de reacción. Esta agilidad o adaptabilidad puede conseguirse gracias a los Sistemas de Fabricación Flexibles con los poder fabricar distintos tipos de productos y en volúmenes ajustables a la demanda. Estos sistemas se hacen más poderosos con La aplicación de las tecnologías a los procesos logísticos y productivos. La digitalización de la industria, en definitiva, tiene una importancia absolutamente estratégica en este sentido. En este contexto complicado con una pandemia, una guerra a las puertas de Europa, la congestión de los puertos y la crisis de los componentes electrónicos; una empresa con una gran capacidad de adaptabilidad decide emprenderse en un proyecto con el objetivo de fabricar un nuevo producto en sus instalaciones. Para ello se crean distintas líneas de fabricación las cuales producen varios tipos de piezas del nuevo producto. Dichas piezas están agrupadas de forma que las diferencias de esas piezas pueden ser asumidas en una misma línea. Dicho de otra forma, las nuevas líneas de producción siguen la filosofía de los Sistemas de Fabricación Flexible. El objeto de estudio de este Trabajo de Fin de Máster de describir los aspectos más importantes que hay que tener en cuenta a la hora de concebir una línea de montaje. Para ello se estudia una de las nuevas líneas flexibles comentadas. De forma más particular, cabe añadir que la fase de estudio, ejecución y puesta en marcha de la línea de fabricación estudiada, en la que he participado de forma directa, se han solapado con el desarrollo de este TFM. Aquí se recoge de forma simplificada y con formato de proyecto académico el trabajo real de Concepción de un Sistema Industrial. V Introducción. Objeto Del Proyecto 2 3 2 CONCEPCIÓN DEL SITEMA INDUSTRIAL L término Concepción del sistema industrial, CSI, hace referencia al proceso establecido por la empresa para el diseño, desarrollo y construcción y puesta en funcionamiento de un sistema de fabricación o mecanizado de piezas en serie. El término CSI agrupa distintos ámbitos de decisión que forman parte del proceso y que son necesarios para la constitución de un sistema integral. Se divide en 9 categorías, que a su vez conforman 9 departamentos relacionados de la empresa. Los ámbitos que definen un Sistema Industrial son los siguientes: 1. Implantación 2. Obras civiles 3. Centrales y redes 4. Modos de funcionamiento 5. Métodos de determinación de tiempos 6. Logística 7. Simulación de flujos Aunque parezcan bloques independientes, la concepción del sistema nace de la unión de las decisiones tomadas en cada dimensión. Estos bloques están inter-relacionados, dependen unos de los otros, es necesario un foro común para construir un sistema coherente desde todos los ámbitos que lo conforman. Las decisiones tomadas en cada nivel deben apuntar hacía unos objetivos comunes en relación: Calidad-Costo-Tiempo. A continuación, se definen de forma resumida en qué consiste cada campo y que decisiones deben tomarse en cada uno de ellos. 2.1.1 Implantación El objetivo de la fase de implantación consiste en ubicar e instalar todos los elementos de una línea de producción un área definida de la fábrica. El tipo de máquinas a instalar dependerá de la gama de E Sistemas De Fabricación Flexible (SFF) 10 3.2 Conceptos Básicos SFF El concepto de fabricación flexible hace referencia a sistemas que permiten producir de manera automatizada una familia de piezas diferentes minimizando costes relacionados con el cambio de fabricación. No se precisa de líneas dedicadas con procesos y maquinaria específica para cada tipo de pieza, si no que con una línea de fabricación es posible fabricar piezas con distintas características. Una familia de piezas está compuesta por piezas diferentes entre si pero que comparten atributos o especificaciones comunes. Algunos ejemplos de estos atributos pueden ser: material, tamaño, forma, tolerancias, rugosidades, etc. De forma más concreta, pueden definirse los Sistemas de Fabricación Flexibles como un grupo de máquinas herramienta de control numérico enlazadas entre sí mediante un sistema de transporte de piezas común y un autómata de control centralizado. Para cada pieza es necesario disponer de un programa de mecanizado y manipulación específico a sus características. En la medida de lo posible, se debe evitar interrumpir el funcionamiento automático con intervenciones manuales para el cambio de herramientas u otros elementos de la línea. Si bien, para que este modelo productivo sea rentable, han de cumplirse una serie de condiciones de fabricación especiales, entre las que están: 1. Fácil adaptación a modificaciones dependientes del mercado en relación con tamaños de lotes, geometrías y tecnologías e inclusión de nuevas piezas o productos en el concepto de línea de fabricación. 2. Trabajo totalmente automático reduciendo al máximo las intervenciones manuales. 3. Posibilidad de ampliación a posteriori de la instalación. 4. En caso de fallo de un componente del sistema, el resto del sistema debe ser capaz de absorber temporalmente su actividad. 5. El diseño debe ser general y estandarizarse a todos los elementos de la instalación, para facilitar la detección de modos de fallo y corrección de errores. 3.3 Ventajas e Inconvenientes en SFF Los SFF o FMS ofrecen ventajas relacionadas con la productividad y la adaptabilidad, cómo se ha ido comentado, pero también reporta ciertos inconvenientes. Si listamos los comunes tenemos: Ventajas: ▪ Aprovechamiento superficial de taller. No se necesitan líneas dedicadas e independientes para cada pieza. ▪ Mejor adaptabilidad de la empresa a la demanda del mercado. 11 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica ▪ Aseguramiento de la calidad del producto y fiabilidad del proceso gracias a los controles de piezas y herramientas empleados. ▪ Reducción de material en curso ya que solo se produce lo que se necesita. Inconvenientes: ▪ Alta inversión inicial para implementar todo el sistema con los elementos que requiere, y que veremos a continuación. ▪ Necesidad de restructuración de toda la fábrica para llegar a tener un taller flexible. ▪ Dificultad para ajustar los elementos mecánicos a distintos de piezas. 3.4 Células, Línea y Taller Flexible En este apartado definiremos tres conceptos básicos para entender cómo se estructura un sistema de fabricación flexible. Un sistema SFF se estructura de forma modular. Los talleres o fábricas flexibles se componen por líneas flexibles, que a su vez están constituidas por células flexibles. De forma general, una célula de fabricación flexible se corresponde con una máquina herramienta, con elementos complementarios, capaz de trabajar de forma autónoma con una intervención limitada de un operario. Los elementos complementarios hacen referencia a las siguientes necesitades: ▪ Autonomía de piezas suficientes para que la máquina no para de fabricar durante el tiempo de apertura o estipulado para trabajar. ▪ Alimentación automática a la máquina mediante manipuladores o robots ▪ Elementos de supervisión de herramientas para controlar las posibles roturas o desgaste de las herramientas. ▪ Control dimensional de las piezas mecanizadas. La mayoría de las máquinas incluyen un control interno compuesto por palpadores o sensores ópticos. En otros casos se pide la acción del operario, que debe medir cada cierto tiempo una pieza mecanizada. ▪ Descarga automática de las máquinas. ▪ Paro o fin de ciclo automático de la máquina, una vez mecanizado el stock de piezas acumulado para la célula. Por tu parte, las líneas flexibles están compuestas por varias máquinas o células. Los módulos están conectados mediante sistemas de transporte de piezas que además permiten, por lo general, acumular Sistemas De Fabricación Flexible (SFF) 12 piezas entre operaciones. La línea flexible debe contar con un autómata que tome decisiones tipo en qué momento cargar o descargar las piezas o elegir la célula en la que trabajar, entre otras que dan coherencia al sistema. Por último, el bloque más alto sería el taller flexible. Se considera un taller cómo flexible cuando todas las funciones ligadas a la fabricación se integran dentro de la filosofía de fabricación flexible. En este paquete funcional cabría incluir: sistemas de recepción, inspección, almacenaje, transporte, mecanizado, verificación, montaje y distribución. Todos ellos deben estar automatizados y coordinados mediante autómatas interconectado a través de una red común. 3.5 Elementos de un SFF 3.5.1 Piezas Como ya se ha comentado anteriormente en un SFF se agrupan piezas con características similares formando familias. Comúnmente existen dos criterios para la clasificación en familias. Por un lado, está la clasificación efectuada por la Ingeniería de Producto y por otra la del Proceso. Los criterios de clasificación de la primera se centran en la forma y la segunda en las operaciones o el proceso de fabricación. Una acción fundamental en estos sistemas es la codificación o identificación de las piezas. Con esta labor se facilita el almacenaje y posterior localización en bases de datos de la información referente a sus características y su proceso de fabricación. 3.5.2 Máquinas Las máquinas consideradas por esta filosofía se caracterizan por la flexibilidad de sus funciones. Cómo ya se ha comentado en otra ocasión, la flexibilidad de una máquina reside en la capacidad de mecanizar piezas diferentes de manera automática sin necesidad de preparación o con una preparación mínima por parte de los operarios. Las funciones que se requieren que sean flexibles son las siguientes: ▪ Mecanizado. En las máquinas flexibles se incluye un mayor número de operaciones de forma que se consiga un mecanizado lo más completo posibles en una sola estación. ▪ Herramientas. La flexibilidad en esta función se consigue con un cambio automático de herramientas y un control automático del desgaste o rotura. Para que se pueda efectuar el cambio de herramienta automático se necesita un almacén dentro de la propia máquina. ▪ Gestión de piezas. Carga y descarga automática de piezas y control automático de dimensiones que permite autocorregir las desviaciones programadas. ▪ Funciones auxiliares. Además de lo anterior, los sistemas de refrigeración y lubricación, evacuación de virutas, limpieza de piezas, también deben estar automatizados. 13 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica 3.5.3 Transporte Los sistemas de transporte deben garantizar el movimiento automático de las piezas entre máquinas. Además de transportar las piezas sirven con almacenes de piezas en línea. Los elementos más utilizados son: ▪ Manutenciones de cintas, rodillos o cadena. ▪ AGV (Automat Guided Vehicles) 3.5.4 Manipualdores y Robots Fundamentales para la carga y descarga de máquinas y transportes. La condición más importante para la rentabilidad de los robots industriales en estos sistemas es su flexibilidad. Es capaz de adaptarse por programación a distintas circunstancias de manipulación y a distintos tipos de piezas. Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 14 4 CASO PRÁCTICO. LÍNEA DE MECANIZADO DE EJES DE TRANSMISIÓN 4.1 Producto Fabricado n la línea de mecanizado construida se fabricarán tres tipos de piezas de acero. Se trata de tres ejes transmisión que se montarán en cajas de velocidad para vehículos híbridos. Los tres tipos de piezas tienen características de diseño y dimensiones distintas. No obstante, comparten operaciones de mecanizado. Definiremos a las piezas mecanizadas cómo: eje1, eje2 y eje3. Ilustración 2 Eje 2 E Ilustración 1 Eje 1 15 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Ilustración 3.Eje 3 En este proyecto se sintetizará el proceso de concepción de la línea de mecanizado necesaria para fabricar estas piezas. No es imperioso detenernos en las características de diseño o geométricas de los tres ejes. Para la concepción de la línea basta con conocer las operaciones o gama de fabricación que se realizarán, ya que esta información permitirá determinar el tipo de máquinas que compondrán dicha línea. A continuación, se enumeran las operaciones de mecanizado que se realizan a cada modelo de pieza. Eje 1: 1. Refrentado y Centrado 2. Torneado de terminación 3. Control 100% diámetros 4. Rulado 5. Taladros 6. Tratamientos térmicos 7. Lavado después de Tratamientos Térmicos 8. Marcado de trazabilidad 9. Enderezado 10. Rectificado completo 11. Esmerilado porta-rodamiento 12. Control 100% de diámetros Eje 2: 1. Refrentado y Centrado 2. Torneado de terminación 3. Control 100% diámetros 4. Tallado dentado 5. Achaflanado dentado 6. Afeitado dentado 7. Rulado 8. Taladros profundos y engrase 9. Tratamientos térmicos 10. Lavado después de Tratamientos Térmicos 11. Marcado de trazabilidad 12. Enderezado 13. Rectificado completo 14. Rectificado Dentado 15. Control 100% de diámetros Eje 3: Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 16 1. Refrentado y Centrado 2. Torneado de terminación 3. Rulado 4. Taladros pasantes y de engrase 5. Tratamientos térmicos 6. Lavado después de Tratamientos Térmicos 7. Marcado de trazabilidad 8. Enderezado 9. Rectificado completo 10. Esmerilado 11. Control 100% de diámetros Cómo se puede observar los tres ejes comparten la mayoría de las operaciones de mecanizado. Además, en las tres piezas pueden distinguirse dos bloques de operaciones: 1. Operaciones con las piezas en “blando” donde se retira la mayor parte del material de las piezas brutas y con las que se define la forma de la pieza. 2. Operaciones en “duro”, tras someter a las piezas a determinados tratamientos térmicos para dotarlas de una dureza superficial necesaria para los esfuerzos a los que se les someterá. Tras las operaciones de tratamiento térmico se realizan operaciones de terminación para otorgar a las piezas de una calidad superficial adecuada, dentro de unas tolerancias. El hecho de la que se compartan la mayoría de las operaciones ha llevado a la empresa a tomar la decisión de crean líneas flexibles capaces de fabricar los tres tipos de piezas. No obstante, el espacio disponible en la fábrica es limitado y la superficie requerida para albergar todas las máquinas es muy amplia. Aprovechando el hecho de que los tratamientos térmicos se realicen en otra nave distinta dentro de la fábrica, se han creado dos líneas de fabricación: una para piezas en “blando” y la otra para las operaciones en “duro”. De esta manera se tienen dos líneas: Ejes blandos y ejes duros. El objeto de este proyecto será definir el concepto de línea y simular el funcionamiento para la línea de Ejes en Duro. 4.2 Elección y Disposición de las máquinas La elección de las máquina o tecnología de fabricación a implementar en el sistema se rige por las piezas y las operaciones a realizar. Lo ideal para este tipo de sistemas es emplear máquinas estandarizadas. De esta manera se favorecerá el mantenimiento de estas ya que se podrá tener una lista reducida de recambios. Ninguna máquina debería estar orientada a la fabricación de una pieza concreta, todas las máquinas de la misma tecnología deben poder utilizarse de modo flexibles, cambiando herramientas y el programa para mecanizar el resto de las piezas. Otra dimensión de flexibilidad que deben tener las máquinas adquiridas es la posibilidad de aumentar el volumen de producción en el caso de que se produzcan aumentos capacitivos por una actualización de la demanda del mercado. 17 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Una vez establecido el tipo y el número de máquinas, se determina su distribución en planta para conformar una línea de mecanizado flexible. El número de máquinas se determinará en función del volumen de producción requerido y la capacidad de la máquina en un tiempo determinado. Existen tres distribuciones comunes, que a saber son: en serie, en paralelo y disposición mixta. En la disposición en serie, las máquinas están dispuestas una detrás de otra por lo que las piezas van pasando de forma consecutiva de una a otra. En cada estación se realiza una operación complementaria a la anterior. Esta disposición tiene las siguientes desventajas: 1. El ritmo o cadencia de fabricación está limitado por las máquinas más lentas que generan el cuello de botella de la línea. Esto genera tiempos muertos en las máquinas más rápidas lo que se traduce en un detrimento de la productividad del sistema. 2. Si falla alguna estación, condena al resto de la línea. En los sistemas flexibles es conveniente apostar por una disposición en paralelo de las máquinas. En esta disposición, el autómata de la línea decide a que máquina asignar el mecanizado de cada pieza, en función de la disponibilidad de cada máquina en ese momento. 4.3 Definición de los Modos de Funcionamiento de la Instalación En capítulo de definirán los Modos de Funcionamientos definidos por la empresa. Cómo se ha comentado anteriormente, este documento da visión completa de cómo trabaja la línea y sus características más importante. Se trata de un documento estandarizado que permite a todos los miembros de la empresa, consultar la información que competa a su departamento. No obstante, el objetivo de incluir este documento en el proyecto es tener una base para explicar las características de una línea flexible. Además, no permitirá conocer para poder entender mejor la simulación dinámica. Por ellos el Modo de Funcionamiento que se desarrolla a continuación es un documento resumido de lo que sería uno real. 4.3.1 Esquema de Implanyación de la Línea A continuación, se presenta un sinóptico general de la línea en estudio. Este sinóptico describirá las operaciones con el número de medios por OP, el tipo de carga de medios, los stocks intermedios, … Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 18 Ilustración 4.Plano Implantación Línea Cómo ya se ha comentado, se ha diseñado una línea flexible. Está compuesta por siete máquinas trabajando de forma mixta, en serie y paralelo. A lo largo de la línea se realizan operaciones consecutivas, definidas a continuación. No obstante, existen tres máquinas iguales que trabajan en paralelo, ya que son las máquinas con tiempos de mecanizados más alto. Si solo se trabajase con una de ellas, se generaría un cuello de botella en la línea. No todas las piezas se mecanizan en todas las máquinas y para cada pieza el tiempo de mecanizado en cada una de ellas varía. Tanto el eje 1 cómo el eje 3 se mecanizan en todas las máquinas. Sin embargo, el eje 2 no pasa por la OP400. A continuación, se muestra un sinóptico de las operaciones de la línea con los tiempos empleados para la fabricación de cada pieza. 19 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Ilustración 5. Sinóptico de operaciones A parte de las operaciones de mecanizado se añaden otras tres secundarias que son: ▪ OP295 Carga. Se realiza mediante un robot colaborativo o Cobot ▪ OP297 Marcado. Mediante marcadora láser ▪ OP425 Descarga. Se realiza mediante una isla robotizada. Por lo tanto, en la línea se realizan 8 operaciones en total. La mayoría de las operaciones cuentan con una máquina. La excepción es la OP370 con 3 máquinas de rectificado. El sentido del flujo, mirando el plano, es de izquierda a derecha. Para transportar las piezas de una operación a otra tenemos dos tipos de manutención: ▪ Manutención de discos desde la carga a la descarga ▪ Manutención de palés. Solo existe un tramo de este tipo en toda la línea y da servicio a la OP 400. Más adelante se definirá cómo trabaja cada una de las manutenciones. En el plano, las operaciones se distribuyen de la siguiente manera: Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 26 Este robot se abastece de electricidad, aire y red para lo que cuenta con un armario eléctrico, un PLC y una panoplia neumática, respectivamente. Ilustración 13 Puesto de Carga OP 295 4.3.4.1.2 Pósició n de las piezas Sobre los carros de TTH las piezas llegan en vertical de la siguiente forma: Ilustración 14 Posición ejes en carros TTH En la manutención se cargan en la siguiente orientación: 27 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Ilustración 15. Posición Ejes sobre manutención El robot tendrás que manipularlas por una zona que tenga en cuenta las siguientes cuestiones: ▪ Que permita amarrar la pieza en el carro teniendo en cuenta el espacio libre que dé el “vaso” posicionador. ▪ La zona de cogida además no debe interferir con los discos de la manutención en la descarga. ▪ El material de las pinzas debe ser de latón, un material más blando que el acero de la pieza para evitar marcas en los ejes. 4.3.4.1.3 Nu meró de ma quinas, nu meró de puestós, nu meró de piezas pór cicló Cómo se ha comentado, en el puesto de carga hay un robot. Cada ciclo en esta operación empieza desde la posición de repliegue o descanso del robot. Cuando el robot recibe la señal de recoger pieza del carro, se desplaza hacia el carro, lanza una foto en posición cenital al carro y recoge la pieza que correspondiente. El robot se desplaza hacia la manutención y carga la pieza sobre ella cuando tenga permiso, es decir, cuando no haya ninguna pieza en el puesto de carga. El ciclo finaliza cuando el robot vuelve al carro o a posición de repliegue. Esta operación se tiene un puesto de carga y una pieza procesada por ciclo. El tiempo de ciclo del robot es 30s. 4.3.4.1.4 Diversidad en el puestó En el puesto no existe diversidad. En cada ráfaga no deben coexistir piezas de distintas características. Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 28 El robot, con el control visión que realiza en el momento de la carga es capaz de discriminar piezas intrusas. Si existe alguna pieza que no pertenece a la ráfaga correspondiente, el robot las desecha por el cajón de rechazo. 4.3.4.1.5 Funciónamientó Autóma ticó del medió En una instalación existen distintas situaciones que afectan al funcionamiento normal. En el documento de Modos de Funcionamiento se recogen los más comunes: mantenimiento, retoques, Km0, cambio de herramienta, entre otros. En este proyecto se van a abordar los modos de funcionamientos normales y en automáticos ya que el objetivo de este apartado es dar una visión de cómo trabaja de forma automática una línea flexible. No obstante, se tratará también el procedimiento de cambio de ráfaga, ya que está estrechamente ligado a las características de una línea flexible. Dicho lo cual, el proceso de funcionamiento automático es el siguiente: 1. Con una ráfaga activa, el operario abre las puertas de la isla he introduce dos carros de la misma referencia y vuelve a cerrar las puertas. Se usan dos carros para darle mayor autonomía al operario. El operario declara que ha cargado la isla en el IHM. 2. El robot se desplaza hacia el carro de la izquierda y controla cenitalmente el carro con un control visión (cámara). Realiza la descarga de forma ordenada, comenzando por la esquina inferior izquierda. 3. La pieza amarrada es cargada en el primer disco de la manutención, cuando el robot tiene permiso, es decir, cuando no haya piezas en puesto de carga y la manutención no esté saturada. Más adelante se definirá el funcionamiento de la manutención de discos. 4. El robot vuelve sobre el carro Izquierdo y se repite el ciclo. Una vez vacío el primer carro, el robot empieza a descargar el segundo. Cuando ambos carros estén vacíos, la instalación manda una señal al operario para que intercambie los carros vacíos por carros llenos. Cada carro tiene 150 piezas. Cómo se carga una pieza cada 30s, el intercambio de carros se hará cada 2,5h. 4.3.4.2 OP 297 Marcado 4.3.4.2.1 Definició n del puestó 29 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Ilustración 16 OP 297 MARCADO El marcado también cuenta con un Robot tipo Cobot para manipular las piezas. Se encuentra dentro de un carterizado junto al módulo de marcado y las manutenciones de entrada y salida. El módulo de marcado es una fuente láser de 50W que marca un código en las piezas. También dispone de una puerta de acceso de persona dedicada a tareas de mantenimiento. El operario gobierna el funcionamiento automático y los movimientos manuales desde el IHM, situado sobre en el pasillo de la línea. Este robot se abastece de electricidad, aire y red para lo que cuenta con un armario eléctrico, un PLC y una panoplia neumática, respectivamente. 4.3.4.2.2 Pósició n de las piezas Las piezas llegan por la manutención de entrada al puesto de descarga en la misma posición en la que salieron de la isla de carga: Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 30 Ilustración 17 Orientación piezas en manutención entrada Las tres piezas tienen una zona predefinida de marcado por lo que el robot deberá realizar los movimientos necesarios para orientar las piezas correctamente en el módulo del marcado. Dichas zonas predefinidas dependen de: ▪ Zonas permitidas para el marcado para no dañar zonas funcionales de las piezas ▪ Posibilidad de leer el código en la línea de montaje ▪ Posibilidad de leer el código a lo largo de toda la línea de mecanizado Las zonas definidas para el marcado para piezas son las siguientes: Ilustración 18 Zonas de marcado sobre piezas 31 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Si se observa la orientación que llevan las piezas a lo largo de la manutención de discos puede comprobarse que la posición del marcado no coincide del mismo lado para el eje 1 respecto a la zona definida para los ejes 2 y 3. Esta decisión se debe a qué en la línea de montaje, la zona de marcado definida para el eje 1 es la única visible de las permitidas. Esta cuestión hace necesario colocar cámaras a ambos lados de la manutención en aquellas zonas en la que no se posible dar la vuelta a la pieza. A la salida, el robot debe depositar las piezas en la manutención, cada una en su correspondiente ráfaga, con la siguiente orientación: Ilustración 19 Orientación de las piezas a la salida del marcado 4.3.4.2.3 Infórmació n del marcadó El marcado permite identificar todas las piezas que se mecanizan en la línea. Con él se tiene información la referencia, la fábrica y la línea en la que se mecanizó, año, día del año y número de pieza del día. El tamaño del código debe ser tal que quepa en la zona definida y que se legible por las cámaras. ▪ Tamaño DMC: 3x3mm(eje1); 5x5mm(eje2); 2,5mm x 2,5mm (eje3) ▪ Contenido: RRDLADDDNNNN − RR: Referencia comprimida (01,02,03) − D: Fabrica − L: Línea − A: Año − DDD: Dia del año Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 32 − NNNN: Numero de pieza en el día 4.3.4.2.4 Funciónamientó autóma ticó El proceso automático de marcado de piezas es el siguiente: 1. Una pieza de la ráfaga correspondiente es detectada en el puesto de descarga de la manutención de carga. 2. El robot recibe la orden de recoger dicha pieza y cargarla sobre el módulo de marcado. Tendrá que realizar los giros oportunos a la pieza para orientarla correctamente para el marcado. 3. Una vez marcada, tiene que leer el DMC para verificar que ha marcado el código correcto y la calidad es la exigida. En caso de que la lectura no sea buena, se repetirá otra vez. Si continúa siendo mala, se volverá a marcar el DMC con previo borrado del anterior y se volverá a leer. Si el segundo marcado tampoco se puede leer se rechazará las piezas y se dejaran en el carril de las piezas malas. 4. Por último, el robot carga la pieza marcada en el puesto correspondiente de la manutención de salida de la isla. 4.3.4.3 OP 300 Enderezado 4.3.4.3.1 Definició n del puestó El puesto cuenta con los siguientes puestos o elementos: ▪ Módulo de enderezado. Compuesto por punto y contra puntos, palpadores, apoyos y martillo de enderezado. Incluye una sonda de crickado. Control que se realiza durante el enderezado. ▪ Módulo de limpieza por aire comprimido para eliminar las partículas que puedan quedar de operaciones anteriores. Las piezas giran entre un punto y un contrapunto. ▪ Carril frecuencial. Capacidad para cinco piezas. ▪ Carril de piezas rechazadas. Capacidad para cinco piezas. ▪ Eje de retiro en la manutención de entrada. Bascula de forma que es capaz de cargar una pieza desde la última posición de la manutención de entrada y descargar sobre la mesa de enderezado con el movimiento. ▪ Eje de depositado en la manutención de salida que usa el mismo sistema que la de entrada ▪ Pantalla de Interfaz Hombre Máquina 33 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica ▪ Armario eléctrico y PLC ▪ Panoplia neumática. 4.3.4.3.2 Pósició n de las piezas Las piezas llevan la misma posición desde la entrada a la salida, solo existe traslación en la dirección del flujo. Se corresponde con la posición y la orientación que llevan las piezas a la salida del marcado. Ilustración 19 Orientación de las piezas a la salida del marcado. Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 34 Ilustración 20 Alzado y planta del puesto 4.3.4.3.3 Nu meró de ma quinas, nu meró de puestós, nu meró de piezas pór cicló. Cada ciclo en esta operación empieza cuando la pieza se carga desde la manutención de entrada y finaliza cuando se deposita en la manutención de salida. Dentro del puesto existen 7 posiciones, contando el stock en los galopantes, aunque se enderezan de una en una. El tiempo de ciclo de enderezado es 36s. 4.3.4.3.4 Funciónamientó Autóma ticó del medió El funcionamiento normal en modo automático del medio es el siguiente: 1. El detector presencia pieza del módulo de limpieza envía señal de estación vacía. 2. Detector de presencia pieza de estación de enderezado envía señal de estación vacía. 3. Si existe pieza en la última posición de la manutención de discos, el eje de entrada retira dicha pieza y la desplaza hasta la unidad de limpieza. 35 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica 4. Módulo de limpieza cierra garra intermedia y los puntos para fijar la pieza. Gira contra puntos y sopla a la vez, para soltar la posible granalla de los puntos de la pieza. Tiempo de la operación 7 segundos (programable según necesidad). 5. Módulo de limpieza envía señal de ciclo de lavado finalizado. Sensores de pinza y contrapunto de abren. 6. El eje de entrada vuelve a vascular y deposita la pieza en el módulo de enderezado. 7. Se cierra el punto y el contra punto y se hace girar la pieza mientras baja verticalmente el martillo de enderezado. 8. Descarga a. Ciclo Ok: el eje de salida descarga la pieza enderezas sobre la manutención de discos. b. Ciclo con cricado: transportador cambia la posición de los anclajes finales para descargar sobre el carril de rechazo. c. Ciclo no finalizado por TCY: transportador cambia la posición de los anclajes finales para descargar sobre el carril de pieza rechazada. d. Ciclo tiene exceso de flecha máxima en pieza: transportador cambia la posición de los anclajes finales para descargar sobre el carril de rechazo. . 4.3.4.4 OP 370 Rectificado completo 4.3.4.4.1 Definició n del puestó Tenemos tres máquinas de rectificado: ▪ Rectificadora 1 ▪ Rectificadora 2 ▪ Rectificadora 3 Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 42 agua, usa un palé con dos posiciones: una de las posiciones en compartida por los ejes 1 y 3 y la otra está dedicada al eje 2. 4.3.4.5.3 Nu meró de ma quinas, nu meró de puestós, nu meró de piezas pór cicló. Para la OP 410 solo existe una máquina con un puesto de mecanizado. La manutención previa cuenta con 20 palés. El pórtico tiene dos pinzas, por lo que es capaz de manipular dos piezas a misma vez, normalmente una pieza mecanizada y otra bruta de esmerilado. El tiempo de ciclo en esta operación se contabiliza desde que el pórtico deposita la pieza en el puesto de mecanizado hasta que termina la operación. En este caso el TCY es común para las dos piezas 30s. El pórtico debe actuar a un 20% menos de velocidad para que sea el pórtico el que espera a la máquina y no viceversa. El lavado cuenta con 20 palés a lo largo de su cadena. No todos los palés se lavan al mismo tiempo. 4.3.4.5.4 Funciónamientó autóma ticó. Como se ha comentado anteriormente, las dos operaciones están interconectadas, por lo que la caída de ciclo de una condena a la caída de ciclo de las otra. El funcionamiento normal del conjunto es el siguiente: 1. Los detectores del robot en la manutención de entrada detectan la llegada de una pieza rectificada. 2. Si no hay piezas en el puesto de carga/descarga de la manutención del esmerilado, el robot deposita la pieza en dicho puesto. 3. El pórtico toma la pieza bruta mediante una de sus pinzas sobre el puesto de carga/descarga del esmerilado. 4. El pórtico se dirige a la máquina. 5. Espera de petición de descarga/carga por la máquina. 6. Toma de pieza mecanizada del puesto de la máquina y coloca de la pieza bruta. 7. Retorno del pórtico al puesto de carga/descarga manutención. 8. Colocación de (PU) sobre el palé vacío. 9. El palé continúa por la manutención circular hacia la descarga. 10. Cuando el robot detecta la presencia de una pieza en el puesto de carga/descarga de la manutención, la carga y la deposita en la posición sobre el palé de la lavadora correspondiente a la ráfaga en curso. 43 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica 11. Cuando se detecta un palé con pieza en el puesto de salida de la lavadora, el manipulador cartesiano carga dicha pieza a la manutención de salida, si no está saturada de piezas. En el caso del eje 2, el proceso se reduce a los puntos 1, 10 y 11. 4.3.4.6 OP 420 Control 100% 4.3.4.6.1 Definició n del puestó 1. Manutención de entrada 2. Pórtico de carga/descarga 3. Puesto de medida. Consiste en un punto fijo y otro móvil que amarran la pieza mientas un escáner se desplaza a lo largo del eje. 4. Cajón de rechazos para eliminar piezas que no entren en medida 5. Interfaz Hombre-Máquina (IHM) 6. Armario eléctrico y PLC 7. Manutención de salida. Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 44 Ilustración 26 Definición del puesto Control 100% 4.3.4.6.2 Pósició n de las piezas. La posición y la orientación de las piezas sobre las manutenciones de entrada y salida es la misma que la que se ha mantenido a lo largo de toda la línea. En el puesto de medida la posición de las piezas es la siguiente: 45 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Ilustración 27 Posición piezas puesto medida 4.3.4.6.3 Nu meró de ma quinas, nu meró de puestós, nu meró de piezas pór cicló Para esta operación solo se dispone de una máquina con un puesto de medida. El pórtico cuenta con dos pinzas, una para pieza bruta y la otra para pieza mecanizada. Por cada ciclo se controla un asola pieza. El tiempo de ciclo desde que se coge la pieza de la manutención hasta que se vuelve a depositar en el mismo punto es de 30 s donde 25 son de medida. 4.3.4.6.4 Funciónamientó autóma ticó 1. Al llegar una pieza al puesto de carga/descarga de la manutención de entrada/salida, el pórtico amarra dicha pieza con una de sus pinzas y descarga la pieza ya medida en el mismo puesto. 2. Se desplaza hacia a la máquina, descarga la pieza ya medida y carga la pieza pendiente de medir en el punto y contrapunto del puesto. 3. Se vuelve al punto 1. 4.3.4.7 OP 425 Descarga 4.3.4.7.1 Definició n del puestó La descarga cuenta con un Robot que se encuentra dentro de una isla carterizada con capacidad para 4 bases rodantes divididas en dos estaciones. Cada estación se compone de dos Boxes: uno con una base rodante llena de bacs vacíos y la otra con una base rodante vacía donde se irán colocando los bacs uno a uno y dentro de ellos las piezas. La isla cuenta con una puerta de acceso de persona dedicada a tareas de mantenimiento. Para la entrada de los carros, cada estación tiene sus puertas. El operario gobierna el funcionamiento automático y los movimientos manuales desde el IHM, situado Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 46 junto al puesto de control de la operación previa (control 100%). Este robot se abastece de electricidad, aire y red para lo que cuenta con un armario eléctrico, un PLC y una panoplia neumática, respectivamente. Ilustración 28 Puesto de descarga OP 425 1. Manutención de entrada 2. Robot 3. Estación 1 de descarga con dos Box 4. Estación 2 de descarga con dos Box 5. Interfaz Hombre-Máquina (IHM) 6. Armario eléctrico y PLC 7. Panoplia neumática 8. Puerta mantenimiento 9. Cajón de rechazo de piezas 47 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica 4.3.4.7.2 Pósició n de las piezas Las piezas se aprovisionan en los distintos bacs en posición horizontal colocado en posiciones alternas. Para todas referencias ocurre lo mismo. Ilustración 29 Posición de las piezas en los Bacs En la manutención se cargan en la siguiente orientación: Ilustración 30. Posición Ejes sobre manutención El robot tendrás que manipularlas por una zona que tenga en cuenta las siguientes el espacio libre entre discos para acceder con la pinza del robot. 4.3.4.7.3 Nu meró de ma quinas, nu meró de puestós, nu meró de piezas pór cicló. Cómo se ha comentado, en el puesto de descarga se tienen dos estaciones que trabajaran de forma alterna. Cada estación cuenta con dos boxes: una base rodante cargada con 20 bacs vacíos (4 bacs x 5 alturas) y una base rodante vacía. El tiempo de ciclo del robot es 30s. 4.3.4.7.4 Diversidad en el puestó Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 48 En el puesto no existe diversidad. En cada ráfaga no deben coexistir piezas de distintas características. El robot, con el control visión que realiza en el momento de la carga es capaz de discriminar piezas intrusas. Si existe alguna pieza que no pertenece a la ráfaga correspondiente, el robot las desecha por el cajón de rechazo. 4.3.4.7.5 Funciónamientó Autóma ticó del medió El proceso de funcionamiento automático es el siguiente: 1. Situación inicial: las dos estaciones están en la misma situación. Tienen una base rodante llena de bacs vacíos mientras la otra está completamente vacía. El operario declara qué estación está trabajando y cuál está en espera. Además, declara cual es el carro de bas y cuál el vacío. Irá cambiando cuando se haya completado un carro. 2. El robot comienza a cargar bacs de una base rodante y la coloca en la base vacía de forma ordenada. Cuando se han colocado 4 bacs, el robot espera a que lleguen piezas para cargar. 3. Cuando llega una pieza por el transportador de entrada, el robot comienza a carga sobre la capa de bac construida. Coloca los ejes en horizontal alternando 180º la posición. 4. Una vez completada una capa, el robot coloca otra capa de bacs vacíos. Y así hasta completar 5 alturas de 4 bacs por altura. 5. El operario declara en el IHM que el robot debe trabajar ahora con la siguiente estación. 6. Saca el carro lleno e introduce un carro de bacs vacío. En la siguiente ráfaga que se trabaje en esta estación, se invierte la posición de carga descarga de bas, se hace desde el bac contrario a la ráfaga anterior 49 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica 4.3.4.8 Manutenciones Para que las piezas avancen de una operación a otra se ha implementado un sistema de manutenciones de tipo disco o galopante. A efectos prácticos puede considerarse como una manutención de palés ya que exige posiciones fijas para las piezas. Los discos de la manutención realizan un movimiento de vaivén sobre su propio eje, de forma que recogen una pieza de la posición anterior y la depositan en la posición siguiente. Se han definido 5 tramos de manutención de este tipo. 1. Tramo A. Da servicio a las OP 295 Y 297 2. Tramo B. Conecta OP 295 y 300 3. Tramo C. Permite que las tres rectificadoras trabajen en paralelo conectase estas tres máquinas a la salida de la OP300 4. Tramo D. Es el tramo de piezas acabadas de las tres rectificadoras. Transporta las piezas hasta el robot interoperación. 5. Tramo E. es el tramo de salida y conecta el lavado, el control 100% y la salida. Ilustración 31 Definición manutenciones Todos los tramos están conectados a un PLC que acciona sus motores y permite la coordinación de los discos. Para que los manipuladores y las máquinas puedan cargar una pieza desde y hacia la manutención es necesario tener el disco en cuestión en una aposición fija. Para ello, antes de cada operación se coloca un tope electromecánico gobernado por el PLC del manipulador que carga o descarga la pieza en cada OP. Previo a los topes de carga debe existir un puesto de detección del tipo de referencia y de lectura de código Data Matrix. En ese puesto se comprueba si la pieza que viene en la manutención se corresponde con la referencia introducida en la máquina en cuestión. Aquí también se detecta la falsa pieza. Para ello, los sensores encargados de esta tarea necesitan que la pieza esté parada unos segundos, por lo que en este puesto también existirá un tope electromecánico. A este último se le denomina pretope. El tope propiamente dicho es la zona de carga descarga de piezas. Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 50 Ilustración 32 Esquema Topes/ Pretopes manutenciones Existe casos en los que no es necesario instalar un tope físico ya que las propias características de los elementos mecánicos del eje en cuestión permiten que se quede fijo. Esto ocurre en los inicios y finales de manutención. En ese caso se tiene pretopes de diversidad o topes que facilitan la coordinación de dicho eje con el siguiente. 4.3.5 Capacidad de producción La capacidad de producción requerida para la línea es de 135000 piezas por año. La empresa prevé un aumento capacitario para poder fabricar 205000 piezas por año. Para esta situación habría que dividir la línea en dos. Por un lado, se fabricarías el eje 1 y el eje 3 en la línea actual tal y como está concebida para 135000 piezas. El eje 2 en cambio, debe fabricarse en una línea dedicada gemela a la que línea en cuestión. Con esto último se podría afirmar que la línea no es solo flexible a nivel de tipos de productos a fabricar, sino que también lo sería por el volumen de piezas. 4.3.6 Modos de lanzmamiento de fabricación 4.3.6.1 Principios En este capítulo se describe el método utilizado para lanzar las piezas a la fabricación. El sistema de fabricación o entrega empleado es Just In Time. Hay que aclarar que la empresa implementó años atrás la filosofía Lean Manufacturing como herramienta de mejora continua. Es por ello que se aplica la metodología Just in Time. De forma resumida y a modo de aclaración, su objetivo es eliminar las tareas que no sean funcionales y ofrecer un producto o servicio de calidad para el cliente que garantice su satisfacción con el menor consumo de recursos posible. Tanto los materiales necesarios para la producción como los productos terminados deben llegar a su destino justo cuando sea necesario, ni antes ni después. Al mismo tiempo, la cantidad del material de producción o producto terminado que llegue debe ser la justa para satisfacer las necesidades del cliente. Como es sabido, se fabrican 3 tipos de piezas que no pueden mezclarse. Para ello el modo de fabricación definido es por ráfagas, es decir, en cada ráfaga se fabrica un tipo de piezas. En una ráfaga no pueden coexistir ejes de referencias distintas, entiendo por referencias eje 1, 2 o 3. Se trabajará cada 51 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica día con la referencia que solicita el taller de montaje y/o los clientes externos. La fabricación en lotes de volúmenes pequeños, menos de 3 turnos de 8h, se fabricará con menos frecuencia. Para la cambiar de una ráfaga a otra es precioso introducir en la línea una pieza diferente a las tres piezas mecanizadas y con características tales que pueda ser detectada por la sensórica instalada. En este caso la falsa pieza tiene las mismas características dimensionales que un eje 3, solo que de materiales distintos. Mientras que las piezas de la línea están fabricadas completamente de acero, la falsa pieza presenta una combinación de materiales. Para discriminar la falsa pieza, se coloca un conjunto o máscara de detectores inductivos justo antes de cada operación. En función de los que se activen al paso de las piezas, se sabrá si es una pieza de la ráfaga o la falsa pieza. Los detectores inductivos solo dan señal cuando detectan acero. Ilustración 33 Diseño falsa pieza Ilustración 34 Máscara de sensores previa a cada operación 4.3.6.2 Procedimiento del cambio de ráfaga En esta línea es imprescindible indicar a todas las máquinas cuando se va a efectuar el cambio de ráfaga Caso Práctico. Línea de Mecanizado de Ejes de Transmisión 58 1. Al llegar la falsa pieza al pretope del robot, se lanza una orden de vaciado tanto al Esmerilado como a la Lavadora. Las dos falsas piezas esperan en la manutención de piezas rectificadas. 2. Una vez vacías ambas máquinas, el operario comprueba si la manutención de salida del lavado está libre de piezas. Si es así, retira las dos falsas piezas de la manutención, coloca una de ellas en la manutención de salida del lavado y la otra en el recipiente dedicado a ello. 3. Se para el ciclo en ambas máquinas y pierden la referencia 4. El operario cambia la referencia en el IHM de Robot, Esmerilado y Lavadora. 5. La falsa pieza continúa hasta la siguiente operación. OP410 Control 100% El control 100% está formado por una máquina de control por palpadores con su propio PLC y un pórtico que carga y descarga las piezas que viene a través de la manutención. El pórtico cuenta con su PLC independiente, pero ambos, máquina y pórtico están interconectados por señales. 1. La falsa pieza es detectada en el puesto previo a la carga de la máquina. 2. Se manda una señal de vaciado a la máquina. 3. Una vez vacía máquina y las pinzas del pórtico, ambos pierden el ciclo y la referencia. 4. El operario indica la siguiente referencia en el IHM del pórtico el cual traspasa esa información la señal a la máquina. 5. La falsa pieza avanza hacia la última operación. La falsa pieza llega al dosificador previo a la entrada de la máquina. El pórtico notifica a la máquina la presencia de falsa pieza. Cómo consecuencia, la máquina entra en vaciado. OP425 Descarga En la última operación de la línea el procedimiento de cambio de ráfaga es el siguiente: 1. La falsa pieza es detectada en el puesto previo a la carga del robot sobre la manutención. 2. El robot pierde el ciclo. 3. El operario indica la nueva referencia que se va a descargar en el IHM de la instalación. 4. El robot deposita la falsa pieza en un cajón del cual podrá retirarla el operario de forma manual para depositarla en un soporte, junto a la falsa pieza 1, a la espera del siguiente cambio de ráfaga. 5. Comienzan a llegar piezas de la siguiente referencia. Para asegurar que no se mezclen piezas de distintas referencias en los contenedores de pieza acabada, el robot cambia al bloque de descarga contrario al que se usó para descargar la última pieza de la ráfaga anterior. 6. El operario debe retirar el contenedor incompleto con piezas de la ráfaga anterior. 59 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Simulación del Sistema Mediante Witness 60 5 SIMULACIÓN DEL SISTEMA MEDIANTE WITNESS as empresas automovilísticas atienden un mercado con una demanda muy inestable. Tanto es así que la línea de mecanizado objeto de este proyecto fue concebida teniendo en cuenta 3 aumentos capacitarios en menos de 3 años: 75000 pieza/año, 135000 piezas/año, 205000 piezas/años y 400000 piezas/año desde 2020 a 2023. En esos tres años hay que tener en cuenta fluctuaciones en la demanda en relación con la crisis que sufre el mercado automovilístico ligado, en gran medida, al desabastecimiento de materiales. El objetivo de realizar la simulación del sistema definida es mejorar la eficiencia y conocer si la instalación puede hacer frente a incrementos de demanda. 5.1 Definición. Ventajas e inconvenientes de la simulación Existen diversas definiciones de simulación, la mayoría son bastante genéricas y no reflejan correctamente el significado de la palabra simulación que quiere aplicarse en este proyecto. La siguiente definición puede ser una buena aproximación a lo tratado en este capítulo: “Simular es diseñar un modelo de un sistema o proceso real y realizar con él experimentos que de otro modo no se llevarían a cabo por imposibilidad técnica o por no ser rentables económicamente; y ello con el objeto de observar el comportamiento del sistema o evaluar diferentes estrategias a seguir”. Es conveniente aclarar los conceptos de sistema y modelo. Un sistema es una colección de entidades que actúan e interactúan conjuntamente para la obtención de un fin lógico. Por otra parte, se entiende por modelo a la representación idealizada de un sistema, teniendo en cuenta que esta representación puede ser matemática, física, mixta… La utilización de modelos ayuda a predecir o prever lo que va a suceder en un sistema. Realizar modificaciones sobre un modelo que representa un sistema real, planteando diferentes alternativas, resulta menos costoso que construir un sistema real, observando su comportamiento in situ y menos arriesgado que llevar a cabo decisiones erróneas. En definitiva, la simulación es una buena herramienta para los siguientes aspectos: ▪ No olvidar elementos o partes del sistema ▪ Formalizar los procesos ▪ Evaluar el rendimiento ▪ Tener una visión global ▪ Analizar la robustez del sistema ▪ Dimensionar los medios y su capacidad ▪ Validar los modos de operar ▪ Comparar los escenarios L 61 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Por tanto, las principales ventajas de realiza una simulación son: 1. Existen software especializados que permiten que sea una técnica sencilla y flexible. 2. Facilita la toma de decisiones 3. Puede utilizarse de forma repetida para mejorar el modelo en función de los resultados 4. Pueden realizarse simulaciones en diferentes escalas de tiempo (tiempo real, expandido o comprimido). En muy poco tiempo pueden obtenerse los efectos de la dirección de operaciones que tienen lugar durante varios meses o años. 5. Posibilita analizar el comportamiento del sistema en diferentes escenarios. 6. Permite hacer pruebas sobre sistemas sobre los que no se podría experimentar por razones técnicas o económicas. 7. Facilita crear modelos incluyendo elementos estocásticos, difíciles de resolver analíticamente. 8. No necesita tantas restricciones como los modelos analíticos. 9. Permite conocer de antemano el funcionamiento del sistema 10. Permite anticiparse a futuros problemas. No obstantes, la simulación no está exenta de dificultades. Los principales inconvenientes son: 1. Requiere un aprendizaje especializado y un conocimiento exhaustivo del sistema que se quiere modelar. 2. Desconocimiento del grado de exactitud. Desconfianza de los resultados hasta ser probados en el sistema real. 3. Dificultad para construir un modelo preciso. 4. Es un método de prueba y error. Produce diferentes soluciones cuando se realizan repetidas evaluaciones. 5. En ocasiones, puede ser difícil de interpretar. 6. Un buen modelo de simulación puede requerir bastante tiempo de desarrollo. 7. Cada modelo de simulación es único, por lo que sus resultados son difícilmente transferibles a otros problemas. 8. Requiere de elevada carga computacional. Es importante señalar que los modelos de simulación son de carácter descriptivo. Esto significa que permiten reproducir el comportamiento del sistema, pero por sí solos no ofrecen soluciones buenas u óptimas con respecto a algún criterio. Los modelos normativos, como la Programación Lineal, permiten describir el comportamiento del sistema y sí guían el proceso de búsqueda de soluciones. Por ello, es importante la intervención del analista para la explotación de un modelo de simulación. 5.1.1 Proceso de Simulación En este apartado se abordarán todas y cada una de las etapas en las que se divide un proceso de simulación. Aunque el proceso de simulación puede ser flexible ya que no está perfectamente definido, la experiencia sugiere que es preferible seguir un procedimiento que consta de una serie de etapas, que generalmente son: 1. Formulación del problema 2. Recolección y procesamiento de datos Simulación del Sistema Mediante Witness 62 3. Formulación del modelo 4. Estimación de parámetros 5. Cualificación del modelo 6. Formulación del modelo mediante software específico 7. Verificación de la simulación 8. Diseño de experimentos de simulación 9. Análisis e informe de resultados. Cómo se ha comentado, el proceso no está perfectamente definido y puede simplificarse. 5.1.2 Formulación del problema La primera etapa de la simulación consiste en definir el sistema que se quiere modelar, así como las repuestas u objetivos perseguidos por la simulación. Es un proceso secuencial, que generalmente requiere un tratamiento continuo y progresivo y un refinamiento de los objetivos del experimento durante su realización. Por consiguiente, deben tomarse dos decisiones importantes antes de comenzar a trabajar con cualquier experimento de simulación. En primer lugar, hay que decidir los objetivos de la investigación y, en segundo lugar, es necesario definir el conjunto de criterios para evaluar el grado de satisfacción al que debe ajustarse el experimento a fin de que cumpla los objetivos. En este proyecto, por ejemplo, el sistema que se quiere modelar es la línea de mecanizado de árboles largos después de Tratamientos Térmicos. Con la simulación se pretende averiguar cómo avanzan las piezas a lo largo de la línea cuando esté saturada de piezas. 5.1.3 Recogida y procesamiento de datos En esta etapa se procede a recabar todos los datos necesarios para la elaboración del modelo. Los datos necesarios dependerán del objetivo de la simulación y del sistema en cuestión. De forma genérica, podemos clasificar los datos necesarios para construir un modelo de la siguiente manera: • Disponibles: los datos están al servicio del estudio de simulación y en un formato adecuado. • No disponibles pero accesibles: los datos no han sido registrado o bien se realiza sobre un sistema no existente. • No disponibles y no accesibles: este tipo de datos se refiere a cuando el estudio se realiza sobre un sistema no existente. Cuando los datos no están disponibles, pero es posible obtenerlos, las fuentes habituales utilizadas para obtener información son: series temporales, opinión de expertos o estudios de campo (Estudio de Métodos y Tiempos). El mayor problema se tiene cuando los datos no están disponibles ni es posible conseguirlos. En este caso, los datos deben ser estimados de dos maneras: a. Utilizando información facilitada por el fabricante. 63 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica b. Análisis sensitivo: se trata de sustituir un parámetro desconocido por valores muy opuestos entre sí y comparar los resultados obtenidos. Si los resultados en ambos casos son muy parecidos, el parámetro no es crítico y no es necesario hacer una estimación aproximada de él. En caso contrario, se tendrá que hacer una estimación rigurosa del parámetro. Una vez se posean los dos primeros tipos de datos, disponibles y no disponibles, pero recolectables, es necesario un sistema eficiente para tratar los datos y que permita tener como resultado de la simulación un éxito por los siguientes motivos: 1. Un análisis de datos correcto puede llevarnos a establecer hipótesis que se utilizarán para la formulación de los modelos. 2. En el desarrollo del modelo, los datos pueden sugerir mejoras o simplificaciones en los modelos matemáticos. 3. Es necesario que los datos se utilicen para estimar parámetros de operación relativos a variables endógenas, exógenas o de estado del sistema. 4. Sin los datos sería imposible probar la validez del modelo. En caso del modelo definido para el sistema objeto de este proyecto, los datos están disponibles ya que hacen referencia a las características de las máquinas adquiridas para la línea o en las condiciones de fabricación estipulas. 5.1.4 Formulación del modelo En esta etapa se debe construir un modelo lógico o matemático que represente el sistema real de acuerdo con los objetivos marcados en el estudio. En un proceso complejo que depende en gran parte de la experiencia del analista, de los procedimientos de prueba y error empleados. Dentro de la formulación del modelo podemos definir diferentes etapas que sirvan de guía para su realización: • Conceptualización. • Especificación de los componentes. • Determinación de las variables y parámetros. • Formulación de las relaciones funcionales. Es necesario mencionar que para llevar a cabo estas fases se necesita un conocimiento exhaustivo del sistema objeto de estudio y de los procedimientos de modelización, por lo que algunos autores aconsejan comenzar construyendo un modelo relativamente sencillo a partir del cual elaborar modelos con complejidad creciente comprobando partes antes de pasar a construir el siguiente. 5.1.5 Estimación de parámetros Es necesario estimar los valores de los parámetros de los modelos y determinar su significación estadística. Para ello, es necesario tener un amplio conocimiento de las técnicas estadísticas como la estimación por puntos o la estimación de intervalos de confianza. En el mercado existen muchos programas estadísticos que permiten realizar la estimación de los Simulación del Sistema Mediante Witness 64 parámetros de las diferentes distribuciones estadísticas a partir de los datos de una serie. En la mayoría de los casos, la media o la mediana y la varianza son parámetros de las distribuciones elegidas en este tipo de modelos. 5.1.6 Cualificación del modelo En esta fase se determina el nivel de exactitud de modelo, es decir, se estudia si el modelo es una representación adecuada de la realidad. La cualificación de los modelos se realiza tanto del propio modelo como de los parámetros estimados. El objetivo de validar un modelo es asegurar que el modelo desarrollado se utilice para tomar decisiones como si se tratara del sistema real. Para validar un modelo se debe establecer unos criterios para poder juzgar el modelo. Una vez marcados, se debe especificar cómo aplicarlos. En teoría todo esto debe ser un trabajo de equipo, aunque en muchos casos sea realizado por una única persona, que posteriormente debe convencer al resto. Si las características operacionales toman la forma de distribuciones de probabilidad, será necesario realizar pruebas de bondad de ajuste que determinen como de bien se ajusta una distribución hipotética a los datos del mundo real. 4.2.6. Formulación del modelo mediante software específico Una vez construido y validado el modelo, es el momento de seleccionar el lenguaje de programación. En función de las características y la finalidad del modelo se puede optar por; hojas de cálculo, lenguaje de propósito general (Fortran, Pascal o C), lenguaje específico de simulación (GPSS, Simscrip o Siam) o simuladores (Witness, Arena o Cinema). El propósito del software utilizado es dirigir los experimentos de simulación sobre los modelos del sistema bajo estudio, es una labor compleja y consta de los siguientes pasos: • Seleccionar el software de simulación. • Elaborar un diagrama de flujo. • Buscar y corregir posibles errores de programación. • Determinar los datos de entrada y condiciones iniciales. • Por último, generar resultados que sirvan para verificar el programa. 5.1.7 Verificación de la simulación Validar la simulación consiste en determinar si los datos generados con el programa son un reflejo de la conducta del sistema real. Si el modelo es válido, todas las decisiones que puedan tomarse a partir de los resultados serán igualmente válidas que aquellas que podrían haberse obtenido si se hubieran experimentado con el sistema. Las técnicas de validación varían en función del sistema real que se pretende simular. Los modelos se pueden clasificar en: ▪ Modelo cuyo sistema real existe: en este caso la validación se puede reducir a una comparación de los dos conjuntos de datos de salida, los datos del sistema real y del modelo de simulación. ▪ Modelo de sistema real hipotético: estos modelos son más difíciles de validar ya que no pueden compararse con un sistema real. De esta forma, en estos casos conviene recurrir a 65 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica personas conocedoras del sistema o usuarios potenciales de forma que puedan determinar cuáles de las salidas son posibles. 5.1.8 Diseño de experimentos de simulación El diseño de experimentos consiste en establecer qué configuraciones deben ser simuladas para obtener la información objeto de interés con el menor número posible de ejecuciones. 5.1.9 Análisis e informe de resultados Consiste en estudiar los datos obtenidos para determinar las respuestas a las cuestiones establecidas. Además, con estas conclusiones pueden tomarse una serie de decisiones para optimizar el sistema. Estos resultados deben quedar perfectamente documentados para que puedan ser utilizados con posterioridad. 5.2 Introducción A Witness Anteriormente se ha comentado alguno de los simuladores más utilizados en el mercado. A continuación, se presenta el detalle cómo se trabaja en Witness, uno de softwares mencionados. Se expondrá tanto las características del simulador cómo el sistema de funcionamiento del software. En primer lugar, se procederá a describir las características y propiedades del simulador. A partir de ahí, se hará una introducción a los principales elementos o herramientas con las que cuenta Witness para la construcción del modelo para la simulación de un sistema. 5.2.1 Descripción Y Características Witness es un paquete de software de simulación del Grupo Lanner. Es la culminación de más de 20 años de experiencia en el desarrollo de simulación por ordenador y es suministrado por la empresa británica AT&T Istel desde el año 1986. Esa experiencia ha llevado a desarrollar una aproximación visual, interactiva e interpretativa para la simulación sin necesidad de compilación. Simulación del Sistema Mediante Witness 66 Ilustración 40. Logotipo del Simulador Witness Las principales características que hacen de Witness un programa interesante a la hora de elaborar una simulación son: ▪ Interactividad ▪ Diseño sencillo ▪ Potente ▪ Visual ▪ Ayuda detallada La interfaz del programa cuenta con una configuración de ventanas muy similar a la de Windows lo que permite una interacción con el programa más intuitiva. Tanto la representación del programa cómo la organización de los elementos, gracias al árbol de elementos, son muy sencillas y visuales de forma que se facilita la construcción del modelo y la obtención de conclusiones y resultados. La configuración del programa permite modelar e incluir modificaciones con poco esfuerzo, ya que las funciones que se pueden realizar y las características que conforman cada elemento del sistema están muy acotadas, cómo se mostrará más delante en este capítulo. Además, sus ventanas de error nos permiten detectar fallos en la programación de forma automática. Otra de las ventajas que ofrece es la posibilidad de generar enlaces a bases de datos como pueden ser las de la empresa ORACLE, la del servidor SQL o la archiconocida Access del paquete de MS Office. También permite la toma de datos de enlaces de entrada y salida directo a hojas de cálculo como puede ser Excel, que pertenece al paquete MS Office, formatos XML, informes HTML, enlaces a BPM y aplicaciones CAD, etc. Witness es una herramienta versátil capaz de adaptarse a infinidad de sectores y entornos. El amplio abanico de herramientas que ofrece permite crear un modelo tan real como el propio sistema que se quiere simular. Anterior mente se hizo referencia al potencial del programa. Witness puede catalogarse cómo un software potente por las opciones que presenta el programa y que se enumeran a continuación: ▪ Ediciones del software de modelado para Producción o Servicios y Procesos ▪ Vistas 3D/VR completamente integradas o Postprocesado VR ▪ Optimización inteligente de modelos opcionalalgoritmos únicos para encontrar la mejor respuesta rápidamente. ▪ Edición para desarrolladores (SIMBA) para desarrollar aplicaciones de simulación con interfaces a medida. ▪ Un conjunto de soluciones de enlace con Microsoft VISIO 67 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica ▪ Un conjunto de enlaces directos a CAD ▪ Opciones de cumplimiento de HLA para aplicaciones militares y otras 5.2.2 Construcción De Modelos Con Witness Cualquier actividad industrial está formada por un conjunto de piezas que fluyen a través de una serie de máquinas en las que se realizan diferentes operaciones. Para pasar de una operación a otra, se usan distintos medios de transporte cómo manutenciones o vehículos. Puede haber stock de almacenaje de piezas o puede requerirse la actividad de un operario. Por otro lado, en un sistema productivo, las piezas deben llevar un orden lógico y un sentido de flujo de fabricación. Pueden trasladar de forma individual o en lotes. En una máquina puede mecanizarse una pieza o varias a la vez o incluso puede recibir dos piezas y devolver solo una, resultado del ensamble de las piezas que entraros. Con todo esto quiere hacerse ver la cantidad de restricciones que pueden aparecer en un sistema industrial, donde la casuística es complicada y depende de cada situación. Es necesario seguir un procedimiento a la hora de construir un modelo de simulación, usar unos elementos determinados y una programación mediante lógica de control adecuada. Hay que aclarar que Witness no es un programa en el que se compila un código completo para todo el modelo. Aquí cada elemento representa alguna parte del sistema real y cada cual lleva asociado un código de programación que representa las relaciones que tiene con el resto de los elementos. A continuación, se profundizará en los conceptos principales para la utilización básica del programa. Interf az del programa. Ventana de inicio El aspecto del área de trabajo de Witness es similar al de cualquier interfaz de Windows. Una vez abierto el programa, la pantalla principal que aparece en la que se aprecia en Ilustración 41 Interfaz Witness. Pantalla de inicio. Simulación del Sistema Mediante Witness 74 sistema o línea de mecanizado flexible con el objetivo de evaluar la productividad y optimalidad del mismo. En la línea se fabrican tres piezas de características dimensionales distintas en ráfagas de fabricación separadas, es decir, no conviven las tres referencias en una misma fase de fabricación. Para el experimento se ha considerado que se fabrican 1612 piezas semanales de cada referencia. La integración de la fabricación de las piezas se considera flexible ya que a las tres piezas comparten la mayor parte de los mecanizados requeridos. A grandes rasgos, se hace necesario recordar que la línea cuenta con siete máquinas de mecanizado, lavado y control, más un medio de marcado para seguir la trazabilidad de las piezas. Para que las piezas circulen desde la cabecera al final de la línea se dispone de distintos tramos de manutención que además sirven cómo almacenes de las piezas mientras esperan ser procesadas por el siguiente medio. El intercambio de piezas entre manutenciones y máquinas se realiza mediante manipuladores que pueden ser Robots con distintos grados de movimiento y giro o pórticos con 2 ejes de desplazamiento. En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se sintetizan todos los elementos que componen la l ínea y que han de tenerse en cuenta en el modelo. Esta tabla sirve de apoyo a la hora de construir el modelo, más concretamente en la definición de los elementos físicos del mismo. Tabla 3 Elementos físicos de la línea Operación Elementos del sistema Manutenciones asociadas Manipuladores asociados 295 Carga de la línea Tramo A Robot carga (considerado medio principal) 297 Marcado Trazabilidad Tramos Ay B Cobot propio 300 Enderezadora Tramos B y C Galopantes de entrada y salida 370 Rectificadora 1 Tramos C y D Pórtico propio Rectificadora 2 Tramos C y D Pórtico propio Rectificadora 3 Tramos C y D Pórtico propio 400 Esmeriladora Tramos D y manutención circular propia Cobot inter-operación 410 Lavadora Tramos D y E y manutención circular Esmeriladora Cobot inter-operación 420 Control 100% Tramo E Pórtico propio 425 Descarga de la línea Tramo E Robot descarga (considerado medio principal) 75 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica A continuación, se recopilan una serie de datos que serán útiles para la definición cada uno de los elementos del sistema. En este caso en particular, la toma de datos es sencilla, ya que se hace una simulación de una línea que ya está en funcionamiento y puede comprobarse insitu. El procedimiento real para recopilar dos datos de la simulación pasa por realizar reuniones con los responsables de cada una de las máquinas. Previamente, a la hora de diseñar los medios de mecanizado, dichos responsables deben conocer las exigencias del proyecto en términos de capacidad de producción requeridos, volúmenes de piezas en un período estipulado y calidad requerida para justamente poder definir las características que tendrán los medios. En primer lugar, en Tabla 4 Volumen de piezas gestionado por cada medio se recoge la información relacionada con la cantidad de piezas que es capaz de gestionar cada máquina, teniendo en cuenta los puestos de mecanizado o procesado y los puestos intermedios Simulación del Sistema Mediante Witness 76 Elementos del sistema Nº piezas puesto Almacenaje dentro del puesto Nº piezas manipulador asociado Carga de la línea 1 330 eje 1 300 ejes 2 y 3 1 Marcado Trazabilidad 1 - 1 Enderezadora 1 14 (7 a la entrada y 7 a la salida) 2 (1 carga/1 descarga) Rectificadora 1 1 - 2 (1 pinza carga/ 1 pinza descarga) Rectificadora 2 1 - 2 (1 pinza carga/ 1 pinza descarga) Rectificadora 3 1 - 2 (1 pinza carga/ 1 pinza descarga) Esmeriladora 1 - 2 (1 pinza carga/ 1 pinza descarga) Lavadora 1 10 2(1 robot carga/1 manipulador descarga) Control 100% 1 - 2 (1 pinza carga/ 1 pinza descarga) Descarga de la línea 1 120 (6 piezas por Bac x 4 bacs x 5 alturas) 1 Tabla 4 Volumen de piezas gestionado por cada medio El modelo también requerirá especificar la capacidad de almacenaje de los medios de manutención o transportadores de piezas. Aquí es necesario hacer una distinción entre la cantidad de piezas que el transportador es capaz de manipular y el número máximo al que se reduce. El primer concepto depende de la distancia física que ocupa el transportador de una máquina a otra, es decir, los metros de manutención y la cantidad de piezas que caben en esos metros. En el sistema cómo 77 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica se definió anteriormente, existen dos tipos de manutenciones: manutenciones de discos y manutenciones de palé. En las manutenciones de discos la distancia entre las posiciones posibles de las piezas en fija, 120mm entre cada posición. Por los que en este caso el número de piezas que es capaz de albergar una manutención se calculará según la siguiente relación: 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑚𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖ó𝑛[𝑚𝑚] 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 (120𝑚𝑚) En el caso de la manutención circular del Esmerilado, la posición que pueden ocupar las piezas no es fija. En ese caso se ha definido un número concreto de palés o repositorios posibles para las piezas. El segundo concepto a tener en cuenta sobre el volumen de piezas que circulan a través de la manutención es la saturación interproceso de la línea, que debe ser mínima. El término saturación en este contexto hace referencia al número de piezas que se almacena entre operaciones esperando a ser procesada por la siguiente máquina. Según preconizaciones de fabrica a nivel calidad, número de piezas entre operaciones debe regularse o reducirse por distintas razones, entre las que se encuentran: - Trazabilidad el producto. Al reducir el número de piezas acumuladas, se reduce el riesgo de manipulación indebida de piezas por parte de operarios o personal de la fábrica. Cabe la posibilidad que se retire o manipule una pieza rompiendo la cadena de trazabilidad del lote fabricado. - Reducir el riesgo de generar lotes incompletos al final de la línea en interrupciones de fabricación. Este hecho afecta directamente a la productividad de la línea a nivel de lotes de piezas fabricadas en un determinado momento. - Reducir el riesgo del deterioro de las piezas en el transcurso entre la carga de la pieza bruta y la descarga de pieza mecanizada. Después de ciertas operaciones, las piezas salen impregnadas en aceite o líquido de corte. Si pasados un tiempo las piezas no han sido lavadas, se corre el riesgo afectar a la calidad superficial de la pieza. Además del rozamiento constante que pueden sufrir con los elementos mecánicos de la manutención. - La propia manutención y su accionamiento mecánico puede sufrir daños por el exceso de esfuerzo que ejercería un gran lote de piezas. Por todo ello, se limita el número de piezas entre operaciones al mínimo indispensable para dar servicio a la instalación sin que las máquinas tengan que pararse para esperar la siguiente pieza. La saturación se va regulando a lo largo de la vida de la línea y en función de la necesidad del proyecto. En la Tabla 5. Volumen de piezas sobre manutención se recoge la capacidad máxima de la manutención y los en-curso permitidos. En las manutenciones compartidas por distintos medios, el almacenamiento entre las distintas máquinas. El número de piezas almacenadas para cada una depende sus capacidades de producción. Se especificarán más adelante. Simulación del Sistema Mediante Witness 78 Manutención Capacidad Almacenamiento Tramo A 35 19 Tramo B 13 8 Tramo C 150 60 Tramo D 122 36 Tramo E 30 24 Manutención Circular 20 20 Tabla 5. Volumen de piezas sobre manutención Otro dato fundamental para la simulación, son los tiempos requeridos para el mecanizado o manipulación de las piezas. Operación Nº máquinas Nº de estaciones Tiempo de ciclo [min] OP295 1 1 0,4 OP297 1 1 0,7 OP300 1 1 0,5 OP370 3 1 Eje1: 1,73 Eje2: 1,54 Eje3: 2,6 OP375 1 1 0,3 OP400 1 1 Eje1/3: 0,5 OP405 1 1 0,3 OP410 1 1 0,5 OP415 1 1 0,3 OP420 1 1 0,5 OP425 1 1 0,25 Tabla 6 Tiempos de ciclo de las maquinas 79 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica En la tabla Tabla 6 Tiempos de ciclo de las maquinas aparecen tres operaciones a mayores de las anteriormente definida: OP375, OP400 y OP415. Se corresponde con las manipulaciones que realiza el UR interoperación que carga/descarga el Esmerilado y carga la lavadora. El resto de las manipulaciones no se han incluido en la tabla porque no son representativas en el rendimiento operativo de la línea. El tiempo de ciclo de cada manipulación o intercambio de pieza es de 0,2 min y se solapa con el tiempo de ciclo de la máquina correspondiente. Tabla 7 Cambios de herramienta En la Tabla 7 Cambios de herramienta se ha recopilado la frecuencia y el tiempo necesario para efectuar el cambio de las herramientas de las máquinas con las que se mecanizan o amarran las piezas. Este también puede ser un factor determinante para la optimización del rendimiento de la línea. Ya que en cada cambio de herramienta se para la máquina intervenida, limitando a la producción. Otros factores a tener en cuenta pueden ser, por ejemplo: la tasa de fallo de las máquinas, los turnos de trabajo, períodos de cierre de la fábrica, intervenciones de mantenimiento o instalaciones o cualquier evento que interfiera en el funcionamiento normal de la línea. Operación Frecuencial de cambio de herramienta (nºpiezas) Tiempo de cambio de herramienta [min] OP295 - - OP297 - - OP300 10125 10 OP370 52000 10 OP400 1000 20 OP410 225000 2 OP420 500 1 OP425 - - Simulación del Sistema Mediante Witness 80 5.3.2 Formulación Del Modelo Ilustración 42 Modelo de simulación Witness Línea Ejes Duros 81 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Ilustración 43 Árbol de elementos del modelo En la Ilustración 43 Árbol de elementos del modelo aparece la representación que nos devuelve Witness Simulación del Sistema Mediante Witness 82 del sistema modelado. Cómo se puede observar se ha mantenido una estructura similar a la de la configuración de la línea real para hace más fácil entender el modelo y los resultados. El programa además permite crear distintas capas e incluso incluir planos CAD por lo que podría superponerse el modelo al plano para que fuese aún más intuitivo. En la Ilustración 43 Árbol de elementos del modelo se muestran todas las herramientas utilizadas para la creación del modelo. A continuación, se definirá cómo se ha modelado el sistema operación por operación. De forma general, hay que puntualizar que pata representar las piezas se han usado 3 Parts. Se han usado elementos físicos tipo Machine para máquinas y robots. Para las manutenciones se han usado elementos tipo Buffer para simplificar la representación. Cómo elementos lógicos se han usado variables de distintas tipologías. La filosofía seguida para la elaboración es común para todas las operaciones de forma que se pueda estandarizar, por ello aparecen variables y elementos muy similares. De forma preliminar, puede reunirse la información que es común en el modelado de las distintas operaciones. Para representar cada una de las piezas se ha usado un Parts para representar cada tipo de pieza: 1. Eje _1: eje 1 representado por un icono circular rojo 2. Eje_2: eje 2 representado por un icono circular azul 3. Eje_3: eje 3 verde Ilustración 44Representación gráfica Parts del modelo Cada Parts se crea desde el apartado Define del árbol. Desde Detail se añade la definición a la nomenclatura del Part correspondiente. En la Ilustración 45 Fase Detail Parts se muestra la ventada de definición de un Part. 83 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Ilustración 45 Fase Detail Parts Los siguientes elementos representados son los tramos de manutención. Para simplificar el modelo y las reglas de entrada/salida que permiten el flujo de piezas se han subdividido algunos de los tramos definidos en el apartado 4 generando 10 tramos de manutenciones en total. Los tramos resultado de la subdivisión se representan en la Ilustración 46 Subdivisión de tramos para el modelado. Ilustración 46 Subdivisión de tramos para el modelado Los dos primeros tramos representados 1 y 2 se corresponden con los tramos reales A y B. Pero a partir del tramo C, comienzan las subdivisiones. El tramo C se subdivide en tres tramos: los tramos 3, 4 y 5. Esta subdivisión se ha hecho para poder hacer la discriminación de las piezas que avanzan a una rectificadora o a otra en función de la carga de trabajo de cada una. Cabe recordar que estas rectificadoras trabajan en paralelo. La subdivisión permite además representar el stock que es capaz de asumir cada manutención. El tramo 6 corresponde al tramo D definido anteriormente. El último de los tramos de manutenciones de discos, el tramo E se subdivide en dos: tramos 9 y 10. El tramo 9 representa la manutención E hasta el puesto de entrada del control 100% y el tramo 10 desde el puesto de descarga al final de la línea. Simulación del Sistema Mediante Witness 90 5.3.2.2 OP 297 Marcado Ilustración 52 OP297 Sistema vs Modelo En esta operación en el sistema real, un UR carga piezas desde el Tramo A al marcado. Una vez marcadas las piezas, el robot descarga las piezas en el Tramo B. Los elementos del modelo Witness son: ▪ MARCADO. Elemento físico tipo Machine, tipo single porque solo procesa una pieza en cada ciclo. Tiempo de ciclo: 24s. Representa tanto el módulo de marcado como la manipulación del UR ya que el tiempo de ciclo de manipulación queda absorbido por el de la máquina. ▪ Reglas de entrada. Hay tres opciones para cargar pieza al robot: 1º. Asegurar que la pieza en robot es la misma que en manutención, 2º. Para que arranque la simulación, se entiende que la línea estará preparada para la pieza que va a cargar. 3º. Asegura que se coge pieza de la manutención, una vez el cambio de ráfaga ha terminado. IF PZA_SAL_TRAMO_1 = PZA_SAL_MARCADO OR NOps (MARCADO) = 0 OR FIN_CHGRAF_MARCADO = 1 PULL from MANUT_TRAMO_1 ELSE Wait ENDIF Para asegura que no existen referencias diferentes en la operación o que no se cargan piezas intrusas de otras referencias que no corresponde se aplican ACTIONS ON INPUT: PZA_SAL_MARCADO = MARCADO: TYPE IF FIN_CHGRAF_MARCADO = 1 FIN_ CHGRAF_MARCADO = 0 ENDIF 91 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica ▪ Reglas de salida. Si la manutención de salida no está saturada se descarga un eje sobre ella. IF NParts (MANUT_TRAMO_2) <= 8 PUSH to MANUT_TRAMO_2 ELSE Wait ENDIF ▪ MANUT_TRAMO_1. ▪ MANUT_TRAMO_2. Buffer con capacidad máxima de 13 y limitación de saturación a 8 piezas. ▪ PZA_SAL_TRAMO_1. Variable. Número de piezas sobre la manutención 1 ▪ PZA_SAL_MARCADO. Variable. Número de piezas marcadas. ▪ FIN_CHGRAF_MARCADO. Variable. Si es igual a 1 el cambio de ráfaga sigue activo, si es cero, ha terminado el cambio de ráfaga. Estas tres últimas variables se usan en el resto de las operaciones, aunque con la denominación correspondiente a la operación en cuestión. 5.3.2.3 OP300 Enderezado En esta operación, los galopantes de la máquina carga una pieza desde el tramo B que va pasando por la máquina hasta llegar al puesto de enderezado. Una vez enderezada, la pieza sigue avanzando por la máquina hasta que el galopante de salida de la máquina descarga la pieza sobre el tramo C. En el tramo C se discrimina a que rectificadora se procesará. En el modelo el tiempo de ciclo establecido para esta operación cuenta desde que una pieza entra en la máquina desde el tramo 1 hasta que sale por el tramo 3, 4 o el 5. Simulación del Sistema Mediante Witness 92 Ilustración 53 OP300 Sistema vs Modelo ▪ ENDEREZADO. Elemento físico tipo Machine, tipo single porque solo procesa una pieza en cada ciclo. Tiempo de ciclo: 30s. ▪ Reglas de entrada. Se repite la misma condición para asegurar que el cambio de ráfaga se haya hecho correctamente. IF NPARTS (MANUT_TRAMO_2) > 0 IF PZA_SAL_MANUT_TRAMO_2 = PZA_SAL_TRAMO_2 OR NOPS (ENDEREZADO) = 0 OR FIN_CHGRAF_ENDEREZADO = 1 PULL FROM MANUT_TRAMO_2 ELSE WAIT ENDIF ▪ Reglas de salida. Con esta acción se envía la pieza a la manutención correspondiente a la cada rectificadora en función de la saturación de cada una de ellas. IF NPARTS (MANUT_TRAMO_3) <= 15 PUSH TO MANUT_TRAMO_3 ELSEIF NPARTS (MANUT_TRAMO_3) >15 AND NPARTS (MANUT_TRAMO_4) <= 20 PUSH TO MANUT_TRAMO_4 ELSEIF NPARTS (MANUT_TRAMO_3) >15 AND NPARTS (MANUT_TRAMO_4) > 20 AND NPARTS (MANUT_TRAMO_5) <=25 PUSH TO MANUT_TRAMO_5 ELSE WAIT ENDIF 93 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica ▪ MANUT_TRAMO_3. Buffer con capacidad máxima de 70 y limitación de saturación a 15 piezas. ▪ MANUT_TRAMO_4. Buffer con capacidad máxima de 40 y limitación de saturación a 20 piezas. ▪ MANUT_TRAMO_5. Buffer con capacidad máxima de 40 y limitación de saturación a 25 piezas. Simulación del Sistema Mediante Witness 94 5.3.2.4 OP370 Rectificado Completo En el sistema real, las piezas enderezadas se transportan a lo largo de la manutención C y en función de la carga de rectificadora se mecaniza en una o en otra ya que trabajan en paralelo. Una vez mecanizada, las piezas se descargan a la manutención D. Cómo ya se ha detallado, en el modelo tenemos tres tramos de manutención de entrada, lo que facilita la programación del recorrido de cada pieza. Las tres máquinas tienen elementos y códigos iguales. Lo único que se modifica es la denominación de los elementos. A continuación, se definen los elementos para la Rectificadora 1. Ilustración 54 OP370 Sistema vs modelo ▪ RECT_1. Elemento físico tipo Machine, tipo single porque solo procesa una pieza en cada ciclo. Tiempo de ciclo: TCY_RECT_1. En los rectificados el tiempo de ciclo depende de la pieza que se mecanice. ▪ Reglas de salida IF NParts (MANUT_TRAMO_3) > 0 IF PZA_SAl_TRAMO_3 = PZA_SAL_RECT_1 OR NOps (RECT_1) = 0 OR FIN_CHGRAF_RECT_1 = 1 PULL from MANUT_TRAMO_3 ELSE Wait ENDIF ▪ Reglas de salida IF NParts (MANUT_TRAMO_6) < 36 PUSH to MANUT_TRAMO_6 ELSE Wait ENDIF 95 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Para introducir las variables de tiempo de ciclo se crea un bucle de selección: IF RECT_1:TYPE = EJE_1 TCY_ RECT_1 = 103,8 ELSEIF RECT_1:TYPE = EJE_2 TCY_ RECT_1 = 92,4 ELSEIF RECT_1:TYPE = EJE_3 TCY_ RECT_1 = 156 ENDIF ▪ MANUT_TRAMO_3. ▪ MANUT_TRAMO_4. ▪ MANUT_TRAMO_5. ▪ MANUT_TRAMO_6. Buffer con capacidad máxima de 122 y limitación de saturación a 36 piezas. 5.3.2.5 OP 400/410 Enderezado/ Lavado En este apartado agrupamos las dos operaciones que se alimentan con el robot interoperación: Esmeriladora y Lavadora. En este módulo del modelado se ha considerado la manutención circulas del Esmerilado cómo dos manutenciones independientes. Esta parte del modelo se ha corregido en varias ocasione. Más adelante se estudiarán los resultados. En uno de los modelos, se modeló tres robots para simplificar el código. Cada robot realiza solo una manipulación de las que realizados por el robot del sistema. Ilustración 55 OP400/410 Esmerilado/Lavado La programación de partida consistía en un solo UR_Interop Simulación del Sistema Mediante Witness 96 ▪ MANUT_TRAMO_6 ▪ MANUT_TRAMO_7. Buffer con capacidad máxima de 10 y limitación de saturación a 5 piezas. ▪ MANUT_TRAMO_8. En un primer momento se definió como conveyor capacidad máxima de 10 y limitación de saturación a 10 piezas. A la entrada espera ser cargado por UR. A salida, si la manutención está saturada y el robot no tiene pieza entrega pieza al robot. !Entrada Wait !Salida IF NParts (MANUT_TRAMO_8) = 10 AND NOps (UR_INTEROP) = 0 PUSH to UR_INTEROP ELSE Wait ENDIF ▪ UR_INTEROP. Elemento físico tipo Machine, tipo single porque solo procesa una pieza en cada ciclo. Tiempo de ciclo: 36s. ▪ Reglas de entrada. Primero se obliga a descarga la manutención 8. Si se cumplen las condiciones de cambio de ráfaga, el robot carga una pieza en sus pinzas. IF NParts (MANUT_TRAMO_6) > 0 AND IF NParts (MANUT_TRAMO_8) < 10 IF PZA_SAl_TRAMO_6 = PZA_SAL_UR_INTEROP OR NOps (UR_INTEROP) = 0 OR FIN_CHGRAF_UR_INTEROP = 1 PULL from UR_INTEROP ELSE Wait ENDIF ▪ Reglas de salida. Si no puede descargar en la lavadora carga una nueva pieza en el tramo 7. IF NParts (MANUT_TRAMO_7) < 5 AND IF NParts (MANUT_TRAMO_8) < 10 PUSH to MANUT_TRAMO_7 ELSE Wait ENDIF ▪ ESMERILADO. Elemento físico tipo Machine, tipo single porque solo procesa una pieza en cada ciclo. Tiempo de ciclo: 30s. ▪ Reglas de entrada. Si hay piezas en el tramo y 7 se cumplen los requisitos de máquina vacía, la esmeriladora coge piezas de la manutención IF NParts (MANUT_TRAMO_7) > 0 IF PZA_SAL_TRAMO_7 = PZA_SAL_ESMERILADO NOps (ESMERILADO) = 0 OR FIN_CHGRAF_ESMERILADO = 1 PULL from MANUT_TRAMO_7 97 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica ELSE Wait ENDIF ▪ Reglas de salida. Si el tramo 8 no está saturado, se descarga. IF NParts(MANUT_TRAMO_8) < 10 PUSH to MANUT_TRAMO_8 ELSE Wait ENDIF ▪ LAVADORA. Elemento físico tipo Machine, tipo single porque solo procesa una pieza en cada ciclo. Tiempo de ciclo: 30s. El tiempo se mide desde que una pieza entra por la máquina hasta que esa misma pieza sale. El tiempo de descarga del manipulador de salida queda dentro del tiempo de ciclo de la máquina. ▪ Reglas de entrada. Espera a ser cargada por el UR Wait ▪ Reglas de salida. Si la manutención no está saturada, se descarga una pieza IF NParts (MANUT_TRAMO_7) <= 12 PUSH to MANUT_TRAMO_9 ELSE Wait ENDIF 5.3.2.6 OP 420 Control 100%. En el Sistema las piezas llegan en la manutención E de donde el pórtico del control coge todas las piezas que llegan. Una vez medida, se vuelven a depositar en el mismo punto de cogida. Simulación del Sistema Mediante Witness 98 Ilustración 56 OP420 Sistema vs Modelo ▪ CONTROL_100x100. Elemento físico tipo Machine, tipo single porque solo procesa una pieza en cada ciclo. Tiempo de ciclo: 30s. Las manipulaciones del pórtico están contempladas en el tiempo de ciclo de la máquina. ▪ Reglas de entrada. Si la manutención tiene piezas y la maquina no tiene piezas, se carga una pieza en la máquina. IF NParts (MANUT_TRAMO_9) > 0 IF PZA_SAL_TRAMO_9 = PZA_SAL_CONTROL_100x100 NOps (CONTROL_100x100) = 0 OR FIN_CHGRAF_CONTROL_100x100 = 1 PULL from MANUT_TRAMO_9 ELSE Wait ENDIF ▪ Reglas de salida. Si la manutención no está saturada, descarga piezas. IF NParts (MANUT_TRAMO_10)<= 12 PUSH to MANUT_TRAMO_10 ELSE Wait ENDIF 99 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica 5.3.2.7 OP 425 DESCARGA En el Sistema real existen dos estaciones de descarga que trabajan de dos en dos, es decir cuando una trabaja la otra está en espera. En el modelo no se tiene en cuenta esa configuración, se descarga continuamente sobre un carro. Ilustración 57 OP425 Sistema vs Modelo ▪ ROBOT_DESC. Elemento físico tipo Machine, tipo single porque solo procesa una pieza en cada ciclo. Tiempo de ciclo: 24s. ▪ Reglas de entrada. PULL from MANUT_TRAMO_10 ▪ Reglas de salida PUSH to CARRO_SALIDA ▪ CARRO_SALIDA. Buffer con capacidad máxima ficticia. El resto de los elementos modelados son elementos ficticios para que se produzcan los cambios de ráfaga o entren y salgan las piezas de sistema. Validación y Conclusiones del modelo Anteriormente se comentó la situación especial del proyecto de concepción de la línea estudiada por la que las fases prestablecidas por la empresa se habían solapo. Estamos en un caso especial para la simulación ya que esta debe realizarse antes de la instalación y puesta en marcha para evaluar las Estudio Económico 106 Para realizar el cálculo, determinaremos el importe bruto del inmovilizado adquirido y se aplicará una tasa de amortización en función del tipo de inmovilizado. Los medios informáticos utilizados para la simulación son: 1. Ordenador HPProBook , Procesador Intel® Core™ i5-4200U (1.6GHz), AMD Radeon 8670M 2GB 2. Pantalla HP 3. Teclado y ratón Logitech 4. Sistema operativo Windows 7 5. Paquete de programas de Microsoft Office 2007, cómo herramienta soporte 6. Software de modelado: Witness Material Inversión [€] Amortización (%) Amortización anual [€] Coste mensual [€] Coste 6 meses [€] 1 1000 25 250 20,83 125,00 € 2 150 25 37,5 3,13 18,75 € 3 30 25 7,5 0,63 3,75 € 4 100 25 25 2,08 12,50 € 5 400 25 100 8,33 50,00 € 6 30000 20 6000 500,00 3.000,00 € Total [€] 31.680,00 € 3.210,00 € Tabla 10 Costes de material 6.1.2 Indirectos Los costes indirectos están constituidos por aquellos que no están ligado directamente al proyecto. Se han contemplado los siguientes costes indirectos para la estimación. Descripción Periodo [meses] Precio [€] Total [€] Conexión red 6 60 360 Electricidad 6 10 60 Climatización 6 50 300 Limpieza 6 50 300 Impuestos 300 Total 1.320,00 € Tabla 11 Costes indirectos 107 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica 6.1.3 Totales Sin contabilizamos todos los gatos calculados tenemos los siguientes costes totales. Coste Cantidad [€] Directos de personal 15248,02 Directos de material 31680,00 Indirectos 1320,00 Total 48.248,02 € Tabla 12 Costes totales Simulación 11 7 CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS s este punto cabe distinguir dos apartados para obtener conclusiones sobre el caso de estudio analizado. En primer lugar, se aborda el resultado de la Concepción del Sistema de fabricación real. Para ello se cuenta con el sistema en funcionamiento, pudiendo estudiar dichos resultados insitu. Las conclusiones que se han podido sacar en este sentido está relacionadas con la definición de un sistema de fabricación flexible. Al inicio del proyecto se estudió las características y los elementos que debía tener un sistema para considerarse flexibles. También se enumeraron las ventajas e inconvenientes que estos sistemas suelen reportar comúnmente. Se ha tratado en repetidas ocasiones, el carácter de urgencia con el que la empresa ha tratado este proyecto y las dificultades económicas propias y a nivel global en el que se sumido. Esta situación ha supuesto un impacto directo y negativo en la optimalidad del sistema productivo diseñado. El concepto de línea flexible se cumple perfectamente en el caso de la línea a diseñar. No obstante, el factor que impacta con dicha definición es la utilización de medios reutilizados y en desuso en las instalaciones de la empresa. Con el objetivo de reducir costes innecesarios, el proyecto ha recuperado un gran número de máquinas, elementos de manutención y manipuladores. El efecto limitante a la hora de crear una nueva línea de mecanizado con estos recursos no reside solo en el desembolso necesario para poner a punto esos medios. No obstante, también es un factor a tener en cuenta ya que la mayoría de ellos han resultado no se funcionales en gran medida para el proyecto. El efecto más negativo es la difícil adaptación de los medios a las nuevas piezas a la nueva configuración del sistema. Además, hay que incidir en la dificultad de adaptarlos, no solo para una pieza nueva, si no para que sea capaz de asumir el procesado de distintas referencias. En el caso de la línea de ejes, la mayor dificultad se ha encontrado en la adaptación de los tramos de manutención de disco a las tres referencias. Al tener dimensiones diferentes, las piezas avanzan, pero con dificultad. Dificultando la cogida en los puntos de carga de las máquinas o incluso generando atranques o caída de piezas. En este sentido, la solución a adoptar es emplear medios que realmente satisfagan las características de un sistema flexible. Por ello, en futuras líneas que van a constituirse por aumentos capacitarios de producción, se ha considerado instalar manutenciones de palés que son fácilmente ajustables para las piezas en cuestión. Por otro lado, la segunda dimensión de las conclusiones obtenidas tiene que ver con el proceso de ejecución del proyecto. Se ha podido comprobar un hecho determinado que confirma la necesidad de realizar una simulación del proyecto teórico. Este comentario hace referencia a la saturación de la manutención del esmerilado, detectada en fase de producción cuando podría haberse descubierto antes E Conclusiones y Líneas Futuras 12 12 gracias a la simulación. Existen otras herramientas que pueden contribuir al desarrollo óptimo del proyecto y que no se aplican en la empresa. Un ejemplo muy básico es el de representar en 3D las líneas de mecanizado completas. Actualmente para el diseño de las implantaciones de las empresas se trabaja con planos 2D donde se pierde información referente a las instalaciones u otros elementos que existen en la fábrica y que limitan el espacio. De forma resumida, dos conclusiones claras obtenidas en este proyecto son: el hecho de asegurar que los medios usados en un sistema flexible permitan un funcionamiento óptimo y la necesidad de usar herramientas típicas de la industria 4.0 que permitan crear sistemas óptimos desde la fase de estudio del proyecto. 13 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica Referencias 14 14 REFERENCIAS [1] Cuatrecasas Arbós, L. (2009) Diseño avanzado de procesos y plantas de producción flexible: técnicas de diseño y herramientas gráficas con soporte informático. Barcelona: Bresca. [2] Cuatrecasas Arbós, L. (2011) Organización de la producción y dirección de operaciones: sistemas actuales de gestión eficiente y competitiva. Madrid: Díaz de Santos, D. L. [3] Goldratt, E. M.; Cox, J. (2005) La meta: un proceso de mejora continua. Madrid: Díaz de Santos, D. L. [4] Rajadell Carreras, M. Sánchez García, J. L. (2010) Lean manufacturing: la evidencia de una necesidad. Madrid: Díaz de Santos. [5] Benito Martín, J., & Sanz Angulo, P. (2014). Manual básico de Witness. Univerisdad de Valladolid. [6] Himmelblau, D. (1992). Análisis y simulación de procesos. Barcelona: Reverté [7] Ortega , M., & García Sánchez, Á. (2010). Primeros pasos con Witness. Universidad Politécnica de Madrid. [8] Ortega , M., & García Sánchez, Á. (2012). Elementos de simulación. Universidad Politécnica de Madrid. [3] Pazos, J., Suárez, A., & Díaz, R. (2008). Teoría de colas y simulación de eventos discretos. Pearson Prentice Hall (Madrid). [4] Walton, D. (2008). Witness testimony evidenca: argumentation, artificial intelligence, and law . Cambridge University Press. [5] NORMATIVA INTERNA DE LA EMPRESA [6] GE75-015. Guía de aplicación de la directiva de máquinas y de las normas internacionales y europeas asociadas [7] GE75-020R Ergonomía de las maquinas e instalaciones industriales. Guía de aplicaciones de la directica máquina y de las normas internacionales, europeas y francesas asociadas. 15 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica [8] EB75.04.130 Máquinas e instalaciones industriales. Seguridad. Condiciones de trabajo. Especificaciones técnicas [9] EB75.82.125 Ergonomie des machines et installations industrielles. Spécifications techniques. [10] GE75-021R Guide d'aide de l'ergonomie des machines et installations industrielles [11] EM29.03.040 Machines et installations pour la mécanique. Documentation technique. Jalonnement, échéancier et réception. [12] EB15.50.000 Machines et installations industrielles. Etats de référence [13] GE75-026R Ergonomía en producción. Principales especificaciones destinadasa la Ingeniería y la Fabricación. Versión 3 [14] GE75-027R Ergonomía en la logística. Principales especificaciones concernientes a las actividades logísticas de producción destinadas a la Ingeniería y a los DLI [15] EB15.16.200 Machines, installations et outillages industriels. Identification des constituants et Numérotation MABEC du dossier mécanique [16] EB00.20.600 Documentación técnica de las instalaciones. Estructura, contenido e identificación [17] EB15.14.000TDI Tableau de Découpage des Installations. Presentación, Proceso y Constitución [18] GE15-019R Guía de utilización del TDI (Tableau de Découpage des Installations) [19] EM29.03.040 Machines etinstallations pour la mécanique. Documentation technique. Jalonnement, [20] EB00.10.190 Spécifications générales CAO pour l'implantation de l’emboutissage, tôlerie, peinture, montage & échappement. [21] GE03.I6.008 Guide de Mise en Œuvre des Prédispositions Standard SIEMENS FB2032 [22] 00156-21-ICT025_V1 GUÍA DE REQUISITOS GENERALES DE SEGURIDAD PARA PROYECTOS DE MÁQUINAS Referencias 16 16 17 Concepción de un sistema de fabricación flexible para la fabricación de un nuevo producto y optimización del proceso mediante simulación dinámica