En la clase de esta semana se ha hablado un poco, entre otras cosas, sobre los diferentes tipos de sistemas de producción que existen. A su vez se ha hecho referencia al libro de "Automation Production Systems" de M.P. Groover, de donde se sacará la mayoría de la información de ésta y posteriores entradas.
Las partes del libro que nos pueden interesar para este tipo de actividades son:
Automation and Control Tecnologies.
Material handling.
Manufacturing Systems.
Quality Control Systems.
Un Sistema de producción es aquel sistema que proporciona una estructura que agiliza la descripción, ejecución y el planteamiento de un proceso industrial. Estos sistemas son los responsables de la producción de bienes y servicios en las organizaciones. Los administradores de operaciones toman decisiones que se relacionan con la función de operaciones y los sistemas de transformación que se emplean. De la misma manera los sistemas de producción tienen la capacidad de involucrar las actividades y tareas diarias de adquisición y consumo de recursos. Estos son sistemas que utilizan los gerentes de primera línea dada la relevancia que tienen como factor de decisión empresarial. El análisis de este sistema permite familiarizarse de una forma más eficiente con las condiciones en que se encuentra la empresa en referencia al sistema productivo que se emplea.
Sistemas de producción:
Tipos de sistemas de producción:
Sistema por producto: Es aquel donde, se tiene líneas de producción por cada producto. Se utiliza cuando se trabaja con volúmenes de producción muy grandes por lo que se tiene una automatización rígida. Tiene como ventajas el bajo tiempo de ciclo y transporte. Como desventaja se contempla su rigidez, alto riesgo y una gran inversión.
Sistema de proceso continuo: Su capacidad de producción se mide en unidades de flujo.
Sistema por proyecto: Se emplea cuando el producto es muy grande de transportar. Por ejemplo, en la producción de barcos o aviones.
Sistema funcional: Es aquel donde, se tiene una gran variedad de productos con máquinas de propósito general y los operadores tienen una habilidad y experiencia para manejarlas. Los productos son manufacturados en pequeñas cantidades. La ventaja de este sistema es la flexibilidad y como desventaja tiene el alto tiempo en el proceso.
Sistema celular: Es un arreglo de máquinas similar al de proceso por producto. Diseñado para ofrecer flexibilidad, tiene como característica su composición de máquinas de control numérico y en algunos casos por robots.
Tipos de medios y layouts empleados para diferentes niveles según la cantidad y variación de producción:
A continuación explicaré los tipos de layout más detalladamente:
Las máquinas herramienta más importantes en la industria son:
Taladradora:
Es una máquina encargada de mecanizar agujeros cilíndricos o cónicos, según la forma de la broca, de las piezas del taller por el procedimiento de arranque de viruta.
Es una de las máquinas más sencillas de manejo. Tiene dos movimientos, el de rotación, que lo lleva la herramienta (broca), y el de penetración o avance, que lo imprime el mismo eje de la máquina llamado eje Z.
Las Taladradoras disponen de una gama de velocidades de rotación con el fin de adecuar las revoluciones al diámetro de broca y dureza del material a trabajar.
Las partes básicas que componen una máquina de taladrar son:
-La bancada.
-La columna.
-La mesa o plato.
-El cabezal.
-El husillo vertical.
-El Nonio.
- El cono de poleas, caja de velocidades por engranajes o conos de fricción.
Fresadora:
Una fresadora es una máquina herramienta utilizada para realizar mecanizados por arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa. Mediante el fresado es posible mecanizar los más diversos materiales como madera, acero, fundición de hierro, metales no férricos y materiales sintéticos, superficies planas o curvas, de entalladura, de ranuras, de dentado, etc. A demás de las piezas fresadas pueden ser desbastadas o afinadas. En las fresadoras tradicionales, la pieza se desplaza acercando las zonas a mecanizar a la herramienta, permitiendo obtener formas diversas, desde superficies planas a otras más complejas.
Gracias a la incorporación del control numérico, son las máquinas herramientas más polivalentes por la variedad de mecanizados que pueden realizar y la flexibilidad que permiten en el proceso de fabricación. La diversidad de procesos mecánicos y el aumento de la competitividad global han dado lugar a una amplia variedad de fresadoras que, aunque tienen una base común, se diferencian notablemente según el sector industrial en el que se utilicen. Asimismo, los progresos técnicos de diseño y calidad que se han realizado en las herramientas de fresar, han hecho posible el empleo de parámetros de corte muy altos, lo que conlleva una reducción drástica de los tiempos de mecanizado.
Partes principales de una fresadora:
-Columna.
-Cabezal orientable.
-Mesa longitudinal.
-Carro transversal.
-Ménsula.
Existen diferentes tipos de fresa, según la forma de los dientes:
-Fresas de dientes puntiagudos.
-Fresas en forma de disco.
-Fresa con vástago.
-Fresas de forma.
Torno: Se denomina torno a un conjunto de máquinas y herramientas que permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. Estas máquinas-herramienta operan haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal o fijada entre los puntos de centraje) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con las condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas.
Partes de un torno:
-Bancada.
-Cabezal.
-Contracabezal.
-Carros.
La herramienta de corte va montada sobre un carro que se desplaza sobre unas guías o rieles paralelos al eje de giro de la pieza que se tornea, llamado eje Z; sobre este carro hay otro que se mueve según el eje X, en dirección radial a la pieza que se tornea, y puede haber un tercer carro llamado charriot que se puede inclinar, para hacer conos, y donde se apoya la torreta portaherramientas. Cuando el carro principal desplaza la herramienta a lo largo del eje de rotación, produce el cilindrado de la pieza, y cuando el carro transversal se desplaza de forma perpendicular al eje de simetría de la pieza se realiza la operación denominada refrentado.
Los tornos copiadores, automáticos y de control numérico llevan sistemas que permiten trabajar a los dos carros de forma simultánea, consiguiendo cilindrados cónicos y esféricos. Los tornos paralelos llevan montado un tercer carro, de accionamiento manual y giratorio, llamado charriot, montado sobre el carro transversal. Con el charriot inclinado a los grados necesarios es posible mecanizar conos. Encima del charriot va fijada la torreta portaherramientas.
Practica 3.1: Metodología Grafcet para la programación de
autómatas.
En 1975, un grupo de
trabajo de AFCET (Asociation Francaise por la Cibernétique Economique et
Technique), el grupo de sistemas lógicos, decidió crear la comisión sobre la
Normalización de la Representación de los controladores Lógicos.
El grupo buscaba un
modelo de representación y especificación del funcionamiento de los
sistemas comandados por los controladores lógicos, por los automatismos. Dicho
modelo fue bautizado con el nombre de Grafcet, Gráfico de mando
etapa-transición. El Grafcet está reconocido por la norma IEC-848 y la
IEC-61131.
El Grafcet es un
formalismo inspirado en las redes Petri, donde se manejan eventos, condiciones
y acciones en forma análoga a los clásicos diagramas de estado, siendo la
variable local de estado (la etapa) intrínsecamente binaria.
Está definido por unos
elementos gráficos y unas reglas de evolución que reflejan la dinámica del
comportamiento del sistema.
Todo automatismo
secuencial o concurrente se puede estructurar e n una serie de Etapas que
representan estados o subestados del sistema en los cuales se realizan una o
más acciones, así como transiciones, que son las condiciones que deben darse
para pasar de una etapa a otra. El Grafcet es una representación gráfica del
automatismo compuesto por etapas y transiciones.
Los principales conceptos del Grafcet son:
·ETAPA:
Una etapa corresponde a una situación del sistema que indica un
comportamiento estable. Se conviene en representar una etapa por un cuadrado en
el que se indicará el número de etapa.
Las etapas iniciales se representan por dobles cuadrados. Éstas son las
únicas que se activan al inicializar el GRAFCET.
·ETIQUETA:
Son acciones sobre el sistema asociadas a etapas.
oEtapa activa: cuando manda efectivamente las
acciones asociadas.
oEtapa no activa: puede ser inactiva o activable.
·TRANSICIÓN:
Es un elemento que permite evolucionar o no de una etapa a la siguiente. Se
representan por un trazo perpendicular a la línea que una dos Etapas.
Para que una transición sea franqueable y el grafcet evolucione de una
etapa a la siguiente se debe cumplir:
oTodas las etapas de entrada de la transición deben
estar activas.
oLa receptividad asociada a la transición debe ser
verdadera.
· RECEPTIVIDAD:
La receptividad asociada a una transición es una función booleana que
expresa la condición lógica de la que depende el paso a través de la
transición.
Ejemplos de receptividades:
oContaje de piezas
oActivación de un captador.
oFin de temporización
·ARCOS:
Es un segmento de recta orientado que une una etapa con una transición, o
bien una transición con una etapa, pero nunca dos transiciones o dos etapas
entre sí.
Se conviene en que el sentido vertical descendente no está marcado con flecha
(orientación implícita). Si el sentido es vertical ascendente, debe estar
marcado con flecha que lo indique.
La alternancia etapa-transición y transición-etapa debe ser respetada
siempre sea cual sea la secuencia recorrida. Dos etapas nunca deben estar
unidas directamente, sino que tienen que estar separadas por una transición.
·ACCIONES:
Acción temporizada. Es un caso particular
de las acciones condicionales que se encuentra con mucha frecuencia en las
aplicaciones prácticas; en ellas el tiempo interviene como condición lógica.
Efecto mantenido. Una de las
dificultades más frecuentes en el momento de construir el GRAFCET es la
representación de acciones o, más exactamente, órdenes, que deben permanecer
durante un cierto número de etapas consecutivas.
Hay dos tipos de descripciones:
oEfecto mantenido por acciones continuas no
memorizadas: Consiste en la repetición de la acción o de la orden en
todas las etapas afectadas, asegurando de esta manera la continuidad del efecto
o, también, la utilización de estructuras de secuencias simultánea.
oEfecto mantenido por acción memorizada: En este otro caso,
las acciones u órdenes son dadas en la etapa en la que debe efectuarse el
comienzo de la acción, la salida mediante un Set es puesta al estado lógico 1,
y en la etapa en que esta acción se para, la salida mediante un Reset es puesta
al estado lógico 0.
Las reglas de evolución del Grafcet son:
·Situación Inicial:
La situación inicial del GRAFCET caracteriza el
comportamiento inicial de la parte de mando en relación con la parte operativa
y corresponde a las etapas activas al comienzo del funcionamiento.
Si esta situación inicial es siempre la misma, caso de
los automatismos cíclicos, estará caracterizada por las etapas iniciales. Este
caso corresponde generalmente a un comportamiento de reposo.
En el caso se automatismos no cíclicos, la situación de
partida depende del estado del proceso en el momento de la puesta en marcha de
la parte de mando.
·Franqueo de una transición:
La evolución de la situación del GRAFCET correspondiente
al franqueo de una transición no puede producirse más que:
oCuando una transición está validada.
oCuando la receptividad asociada a esa transición es
verdadera.
oCuando estas dos condiciones se cumplen, la transición es
franqueable y entonces se franquea obligatoriamente.
·Evolución de las etapas activas:
El franqueo de una transición trae como consecuencia la
activación simultanea de todas las etapas inmediatamente posteriores y la
desactivación de las anteriores.
·Evoluciones Simultáneas:
Si en un instante determinado existe un conjunto de
varias transiciones que son franqueables simultáneamente, son simultáneamente
franqueadas.
·Activaciones y desactivaciones simultaneas:
Si en el curso del funcionamiento de un automatismo, una
etapa debe ser activada y desactivada simultáneamente, sigue activa.
·Duración del franqueo de una transición o de activación de una etapa:
La duración del franqueo de una transición se considera
teóricamente tan pequeña como se quiera pero no nula. Del mismo modo la
duración de la activación de una etapa no puede ser considerada nula.
Las estructuras del Grafcet:
·Secuencia única:
Una secuencia única se compone de una sucesión de Etapas que son activadas
una a continuación de otra. A cada etapa le sigue solamente una transición y
cada transición es validada por una sola etapa. El franqueo de una transición
activa la etapa siguiente y desactiva la anterior.
·Secuencias simultaneas:
Cuando el franqueo de una transición conduce a la activación de varias
secuencias al mismo tiempo, se dice que son secuencias simultáneas. Después de
la activación simultánea de estas secuencias, las evoluciones de las etapas
activas en cada una de las secuencias son independientes.
oActivación simultánea: Debajo de la transición se dibujan dos líneas paralelas.
oDesactivación simultánea: Para asegurar la desactivación de las secuencias simultáneas
al mismo tiempo, se deben prever Etapas de espera recíproca. Etapas 3 y 4 son
de espera recíproca.
·Selección de secuencia:
Una selección, o una elección de evolución entre varias etapas, se
representa a partir de una o varias etapas, mediante tantas transiciones
validadas como evoluciones haya. Por ejemplo el producto puede ser del tipo A o
del Tipo B, si es del tipo A se activa la Etapa 1 y sino la 2.
·Secuencias exclusivas:
Para obtener una selección exclusiva entre varias evoluciones posibles a
partir de una misma etapa, es necesario asegurar que todas las receptividades
asociadas a las transiciones son exclusivas, es decir, no pueden ser verdaderas
simultáneamente.
·Salto de Etapas:
Permite saltar una o varias etapas cuando las acciones a efectuar por esas
etapas sean inútiles.
·Repetición de secuencia:
La repetición de secuencia permite volver a comenzar la misma secuencia
mientras una condición establecida no sea cumplida.
