Sesión 1
1. Manufactura y sistemas de producción.
1.1 Introducción al concepto, y la evolución
de los sistemas de productivos y los
estándares del mercado.
1.2 Los materiales en la manufactura
1.3 Procesos de Manufactura
1.4 Sistemas de Producción.
1. Manufactura y sistemas de
producción.
1.1 Introducción al concepto
¿QUÉ ES MANUFACTURA? La palabra manufactura se deriva
de las palabras latinas manus (manos) y factus (hacer); esta
combinación de términos significa hacer con las manos. La palabra
inglesa manufacturing tiene ya varios siglos de antigüedad, y la
expresión “hecho a mano” describe precisamente el método
manual que se usaba cuando se acuñó la palabra.
Evolución de los sistemas de
productivos y los estándares del
mercado.
La manufactura, como campo de estudio en el contexto
moderno, puede definirse de dos maneras: tecnológica y
económica. Tecnológicamente es la aplicación de procesos
químicos y físicos que alteran la geometría, las propiedades,
o el aspecto de un determinado material para elaborar partes
o productos terminados.
Los procesos para realizar la manufactura involucran una
combinación de máquinas, herramientas, energía y trabajo
manual, tal como se describe en la figura 1. La manufactura
se realiza casi siempre como una sucesión de operaciones.
Cada una de ellas lleva al material cada vez más cerca del
estado final deseado.
Económicamente, la manufactura es la transformación de materiales
en artículos de mayor valor, a través de una o más operaciones o
procesos de ensamble, como se muestra en la figura 1.
El punto clave es que la manufactura agrega valor al material original,
cambiando su forma o propiedades, o al combinarlo con otros
materiales que han sido alterados en forma similar. El material
original se vuelve más valioso mediante las operaciones de
manufactura que se ejecutan sobre él.
Cuando el mineral de hierro se convierte en acero, se le agrega valor.
Cuando la arena se transforma en vidrio, se le agrega valor. Lo
mismo sucede cuando el petróleo se refina y convierte en plástico;
y cuando el plástico se moldea en una compleja geometría de una
silla de patio, se hace aún más valioso.
a)
b)
Figura 1. Dos maneras de definir manufactura: (a) como un
proceso técnico y (b) como un proceso económico.
Industrias manufactureras Son empresas y
organizaciones que producen o abastecen
bienes y servicios, pueden clasificarse como
primarias, secundarias o terciarias.
Las industrias primarias son aquellas que cultivan y
explotan los recursos naturales, tales como la
agricultura y la minería.
Las industrias secundarias adquieren los productos de las
industrias primarías y los convierten en bienes de
consumo o de capital. La actividad principal de las
industrias en esta categoría es la manufactura,
incluyendo también la construcción y las instalaciones
para la producción de energía.
Las industrias terciarias constituyen el sector de
servicios de la economía. En la tabla 1 se presentan
las listas de industrias específicas en cada categoría.
TABLA 1 Industrias específicas en las categorías primaria, secundaria y terciaria,
sobre la base aproximada a la International Standard Industrial Classification (ISIC)
usada por Naciones Unidas.
TABLA 2 Industrias secundarías donde se encuentran clasificadas las compañías
dedicadas a la manufactura incluye varias industrias cuyas tecnologías de
producción no se cubren en este material, por ejemplo: bebidas, productos
químicos y procesamiento de alimentos. En esté texto la palabra manufactura
significa la producción de equipo y herramientas , lo cual comprende desde
tuercas y tornillos hasta computadoras digitales, armas etc.
International Standard
Industrial Classification
(ISIC)
1.1.3 Capacidad de manufactura
Una planta de manufactura consiste en un conjunto
de procesos y sistemas (y desde luego trabajadores)
diseñados para transformar una cierta clase limitada de
materiales en productos con valor agregado.
Estos tres pilares materiales, procesos y sistemas
constituyen la esencia de la manufactura moderna.
Existe una gran interdependencia entre estos factores.
La eficacia de la manufactura se
refiere a las limitaciones físicas y
técnicas de la empresa manufacturera
y de cada una de sus plantas.
Podemos identificar varias dimensiones de esta
capacidad y aptitud:
1) Capacidad y aptitud tecnológica de proceso,
2) Tamaño físico y peso del producto, y
3) Capacidad de producción.
La capacidad tecnológica de proceso de
una planta es el conjunto de procesos de
manufactura del cual dispone una empresa,
está relacionada estrechamente con el tipo
de material
Limitaciones físicas del producto
Un segundo aspecto de la capacidad y aptitud
de manufactura es el que impone el producto
físico
De aquí que el conjunto de equipos de
producción, manejo de materiales,
capacidad de almacenamiento y tamaño de
planta tenga que planearse para productos
que entran dentro de un cierto rango de
tamaño y peso.
Capacidad de producción Una tercera
limitación sobre la capacidad y aptitud de
la planta es la cantidad de producción que
puede ser generada en un período establecido.
Se define como la máxima velocidad de
producción que una planta puede lograr bajo
condiciones dadas de operación.
1.2 Los Materiales en la Manufactura
Clasificación de los materiales
La manera más general de clasificación de
los materiales es la siguiente:
a. Metálicos Ferrosos
No ferrosos
b. No metálicos Orgánicos
Inorgánicos
Metales Ferrosos
Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal
componente es el fierro, sus principales características son su
gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales
aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso,
vanadio y titanio.
Los principales productos representantes de los materiales
metálicos son:
Fundición de hierro gris, Hierro maleable, Aceros y
fundición de hierro blanco
Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC
y uno de sus principales problemas es la corrosión.
Metales no Ferrosos
Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza
que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la
corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los
materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las
nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado
abatir considerablemente los costos, con lo que su
competitividad ha crecido notablemente en los últimos años.
Los principales metales no ferrosos utilizados en la
manufactura son:
Aluminio, cobre, magnesio, níquel, plomo, titanio y
zinc
Los materiales sean metálicos o no
metálicos, orgánicos o inorgánicos casi nunca
se encuentran en el estado en el que van a
ser utilizados, por lo regular estos deben ser
sometidos a un conjunto de procesos para
lograr las características requeridas en tareas
específicas.
Materiales no Metálicos
Materiales orgánicos
Son así considerados cuando contienen células
de vegetales o animales. Estos materiales
pueden usualmente disolverse en líquidos
orgánicos como el alcohol o los tretracloruros,
no se disuelven en el agua y no soportan altas
temperaturas. Algunos de los representantes de
este grupo son:
Plásticos, productos del petróleo, madera, papel,
hule y la piel .
Materiales de origen inorgánico
Son todos aquellos que no proceden de células
animales o vegetal o relacionados con el carbón.
Por lo regular se pueden disolver en el agua y en
general resisten el calor mejor que las sustancias
orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos
más utilizados en la manufactura son:
Los minerales, el cemento, la cerámica, el vidrio
y el grafito (carbón mineral)
1.3 PROCESOS DE MANUFACTURA
Los procesos de manufactura pueden
dividirse en dos tipos básicos:
1) Operaciones de proceso y
2) Operaciones de ensamble.
CLASIFICACION DE
CLASIFICACION
DE LOS SISTEMAS DE
LOS SISTEMAS DE
MANUFACTURA.
MANUFACTURA.
1.3.1 OPERACIONES DE PROCESO
Una operación de proceso utiliza energía para
alterar la forma, las propiedades físicas o el
aspecto de una pieza de trabajo a fin de agregar
valor al material(al cambiar la geometría, las
propiedades o la apariencia del material inicial).
Las formas de energía incluyen la mecánica,
térmica, eléctrica o química. La energía se
aplica de forma controlada mediante la
maquinaria y su herramental.
Se distinguen tres categorías de
operaciones de proceso:
a) Operaciones de formado,
b) Operaciones para mejorar
propiedades y
c) Operaciones de procesado de
superficies
a) Las operaciones de formado alteran la
geometría del material inicial de trabajo
mediante diversos métodos que incluyen
los procedimientos comunes de fundición,
forjado y maquinado.
Procesos de formado La mayoría de los
procesos de formado aplican calor, fuerza
mecánica o una combinación de ambas para
efectuar un cambio en la geometría del
material de trabajo. Hay diversas formas de
clasificar los procesos de formado. La
clasificación empleada se basa en el
estado inicial del material e incluye cuatro
categorías:
1. Fundición, moldeado y otros procesos en los que
el material inicial es un líquido calentado o
semifluido.
2. Procesado de partículas: el material inicial es un
polvo que se forma y calienta para darle una
geometría deseada.
3. Procesos de deformación: el material inicial es
un sólido dúctil (usualmente metal) que se
deforma para formar la pieza.
4. Procesos de remoción de material: el material inicial
es un sólido (dúctil o frágil) del cual se quita material
para que la pieza resultante tenga la geometría
deseada.
CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE
MANUFACTURA.
Los procesos de fundición y moldeado parten de un material al que se ha
calentado hasta un estado fluido o semifluido.
El proceso consiste en (a) vaciado del fluido en la cavidad de un molde y (b)
dejar enfriar el fluido hasta su total solidificación y remoción del molde.
CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE
MANUFACTURA.
Procesado de partículas: (a) el material inicial es polvo; el proceso normal
consiste en (b) prensado y (c) sinterizado.
CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE
MANUFACTURA.
Algunos procesos comunes de deformación: (a) forjado, en donde las dos partes de un dado
comprimen la pieza de trabajo para que ésta adquiera la forma de la cavidad del dado; (b) extrusión,
en la cual se fuerza una palanquilla a fluir a través del orificio de un dado, para que tome la forma de
la sección transversal del orificio; (c) laminado, en el cual una placa o palanquilla inicial es
comprimida entre dos rodillos opuestos para reducir su espesor; y (d) doblado de una chapa
metálica. Los símbolos v y F indican movimiento y fuerza aplicada, respectivamente.
CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE
MANUFACTURA.
Operaciones comunes de maquinado; (a) torneado, en el cual un buril de
punto sencillo remueve material de una pieza de trabajo giratoria para
reducir su diámetro; (b) taladrado, en donde una broca rotatoria avanza
dentro del material para generar un barreno redondo; (c) fresado, en el cual
se hace avanzar un material de trabajo por medio de un cortador giratorio
con filos múltiples.
MÉTODOS MODERNOS DE MANUFACTURA
Ejemplo de estampado
MÉTODOS MODERNOS DE MANUFACTURA
(a) Ejemplos de Hidroformados (b) Moldes para
hidroformado
MÉTODOS MODERNOS DE MANUFACTURA
(a) Partes más comunes de un proceso de moldeo por soplado. (b)
Ejemplo de un molde de soplado y su respectivo producto.
b) Las operaciones para mejorar
propiedades agregan valor al
material con la mejora de sus
propiedades físicas o mecánicas
sin cambiar su forma; el tratamiento
térmico es el ejemplo más común.
Recocido y resistencia para metales y
vidrio
Sinterizado de polvos cerámicos y de
metales
c) Las operaciones de procesado de
superficies tienen por objeto limpiar, tratar,
revestir o depositar partículas en la
superficie exterior de la pieza de trabajo;
ejemplos comunes son la
electrodepositación (niquelado, pavonado,
etc.) y la pintura que se aplican para
proteger la superficie o para mejorar su
aspecto.
1.3.2 OPERACIONES DE ENSAMBLE
El segundo tipo básico de operaciones de
manufactura es el ensamble, en el cual dos o más
partes separadas se unen para formar una nueva
entidad, los componentes de ésta quedan unidos en
forma permanente o semipermanente.
Los procesos de unión permanente incluyen: la
soldadura térmica, la soldadura fuerte, la soldadura
blanda y e pegado con adhesivos. (Estos procesos
forman una unión entre componentes que no puede
deshacerse fácilmente).
Los métodos de ensamble mecánico aseguran dos o
más partes en una unión que puede desarmarse
cuando convenga; el uso de tornillos, pernos,
tuercas y demás sujetadores roscados son
métodos tradicionales importantes dentro de esta
categoría.
El remachado, los ajustes a presión y los encajes de
expansión son otras técnicas de ensamble mecánico
que forman uniones más permanentes.
1.3.3 Máquinas de producción y
Herramientas
Para la ejecución de las operaciones de producción
se utilizan maquinarias y herramientas(así como
mano de obra)
La maquinaria de producción requiere
necesariamente de herramientas y estas dependen
del proceso de manufactura en que se utilicen.
Equipo de producción y herramientas que se usan en varios procesos de manufactura
Proceso
Equipo
Herramientas
específicas(función)
Fundición
Varios
Molde
Modelado
Máquina moldeadora
Molde
Laminado
Molino laminador
Rodillos
Forjado
Martinete de forja
Dados(comprimen el material
para formarlo)
Extrusión
Prensa
Dados de extrusión(reducen la
sección transversal)
Estampada
Prensa
Dados(cortan y forman láminas
de metal)
Maquinado
Máquinas herramienta
Herramientas de
corte(remueve material)
Accesorios(sostienen la pieza
de trabajo) Plantillas (guían las
herramientas)
Esmerilado
Máquina esmeriladora
Rueda de esmeril(remueve
material)
Soldadura
Máquina soldadora
Electrodos(funden el metal de
la pieza) Accesorios (sostienen
la pieza durante la operación
de trabajo)
1.4 SISTEMAS DE PRODUCCIÓN
Para operar en forma efectiva, una empresa
manufacturera debe tener sistemas que le permitan
lograr eficientemente el tipo de producción que realiza.
Los sistemas de producción consisten en mano de obra,
equipos y procedimientos diseñados para combinar los
materiales y procesos que constituyen sus operaciones
de manufactura.
Los sistemas de producción pueden dividirse en
dos categorías:
1) instalaciones y
2) apoyo a la manufactura.
Las instalaciones se refieren al equipo físico y su
disposición en la planta.
Los sistemas de apoyo a la manufactura son los
procedimientos usados por la compañía para
administrar la producción y resolver los
problemas técnicos y logísticos que surgen en
el ordenamiento de los materiales, el movimiento
de los trabajos en la planta, y la seguridad de
que los productos cumplen con las normas de
calidad.
1.4.1 INSTALACIONES PARA LA
PRODUCCIÓN
Las instalaciones de producción comprenden la
planta, el equipo de producción y el equipo de
manejo de materiales. El equipo entra en contacto
físico directo con las partes y ensambles conforme
éstos se fabrican. Las instalaciones “tocan” el
producto.
En éstas se incluye también la distribución del equipo
dentro de la fábrica; la disposición de la planta,
esta en función de la producción hablando en
términos cuantitativos y cualitativos
Cantidad de producción
Se refiere al número de unidades de una parte o
de un producto construido anualmente por la
planta.
• Producción baja
• Producción media
• Producción alta
Variedad de Productos
Se refiere a los diferentes diseños de productos
que son producidos en una planta.
• Variedad de Productos Compleja (Hard Product Variety)
Se refiere a cuando los productos difieren sustancialmente
unos de otros.
• Variedad de Productos Simple (Soft Product Variety)
Es cuando existen solo pequeñas diferencias entre los
productos, como los diferentes modelos de carros fabricados bajo la
misma línea de producción.
Variedad del
Bajo
Medio
Producto
Alto
1
100
10 000
1 000 000
Cantidad de Producción
Baja cantidad de producción
El tipo de sistema de producción que usualmente esta asociado con
el rango de cantidad de 1 a 100 unidades/año se le denomina
trabajo de taller (job shop), el cual realiza pequeñas cantidades de
productos especializados.
• Distribución de posición fija (Fixed-position layout)
Trabajadores y equipo de procesamiento es traído al
producto
Disposición de posición fija
Cantidad de producción media
Asociado al rango de 100-10 000 unidades anualmente. Hay que
distinguir entre dos diferentes tipos de fabricación,
dependiendo de la variedad del producto.
• Producción por lotes
Cuando la variedad de producción es alta
• Fabricación por celdas
Cuando la variedad de producción es baja
Disposición por proceso
•Distribución de proceso
El equipo es transportado de acuerdo al lugar o su
función
Disposición celular
Cantidad de producción alta
Asociado al rango de 10 000 a millones de unidades por año,
también conocido como producción en masa. Se caracteriza por
una alta tasa de demanda del producto, y la facilidad de
producción esta dedicada a la construcción de ese producto.
• Cantidad de producción
Involucra la producción en masa de productos sobre
piezas pequeñas del equipo.
• Línea de producción de piso
Involucra múltiples estaciones de trabajo acomodadas
en secuencia y las partes son físicamente movidas a través de
dicha secuencia.
Disposición en línea
CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE
MANUFACTURA.
La siguiente tabla ofrece un comparativo con las características de los sistemas
de manufactura
Cuatro Configuraciones para la Distribución de
Maquinaria y Procesamiento de Partes
1.4.2 SISTEMAS DE APOYO A LA
MANUFACTURA
Para operar las instalaciones eficientemente, una
compañía debe organizarse para diseñar los
procesos y los equipos, planear y controlar las
órdenes de producción, y satisfacer los requisitos
de calidad del producto.
Estas funciones se realizan con los sistemas de apoyo
a la manufactura, el personal y los procedimientos
mediante los cuales una compañía administra sus
operaciones de producción.
La mayoría de estos sistemas de apoyo no tienen
contacto directo con el producto, pero planean y
controlan su avance dentro de la fábrica.
Las funciones de apoyo a la manufactura son
frecuentemente realizadas en la empresa por personal
organizado dentro de departamentos tales como los
siguientes:
Ingeniería de manufactura. Este departamento es
responsable de planear los procesos de manufactura,
es decir, decide cuáles procesos deben usarse para
fabricar las partes y ensamblar los productos. Se
encarga también de diseñar y ordenar las máquinas
herramienta y otros equipos que utilizan los
departamentos operativos para realizar el procesado y
ensamble de productos.
Planeación y control de la producción. Este
departamento es responsable de resolver los
problemas logísticos en la manufactura: ordenar los
materiales y partes a comprar, programar la producción y
asegurar que los departamentos operativos tengan la
capacidad necesaria para cumplir con los planes de
producción.
Control de calidad. En el ambiente competitivo de hoy en día,
la producción de artículos de alta calidad debe tener la más
alta prioridad de cualquier empresa manufacturera. Ello
significa diseñar y construir productos que satisfagan las
especificaciones y satisfagan o excedan las expectativas
de los consumidores.
Gran parte de este esfuerzo es responsabilidad de control de
calidad.
MÉTODOS MODERNOS DE MANUFACTURA
MATH DATA
GMNA
GD&T
GMDAT
MCP’s ,MCS’s & 2D DRAWING
P06
P04
P05
P09
P02
P01
P07
N AM E
TYP E
D IR E C T IO N
U 01
LO C A TO R & C LA M P
C C /U D
P R IM .
AX IS
Y
XC
YC
ZC
S IZ E
1 3 3 0 .0
U 02
LO C A TO R & C LA M P
C C /U D
Y
1754
U 03
LO C A TO R & C LA M P
C C /U D
Y
1 7 9 6 .3
U 04
LO C A TO R & C LA M P
C C /U D
Y
2435
U 05
LO C A TO R
U /D
Y
1394
U 06
LO C A TO R & C LA M P
C C /U D
Y
1575
U 07
LO C A TO R & C LA M P
F A /U D
X
-2 4 6
U 08
LO C A TO R & C LA M P
F A /U D
X
U 09
LO C A TO R & C LA M P
F A /U D
X
U 1 0 -1
LO C A TO R & C LA M P
F A /U D
X
1400
-4 0 0
O F F -8 0
25º
U 1 0 -2
LO C A TO R & C LA M P
F /A
X
1400
-4 0 0
O F F -3 0
25º
U 11
LO C A TO R & C LA M P
F /A
X
-2 4 0
300
U 12
LO C A TO R & C LA M P
F /A
X
300
U 13
LO C A TO R & C LA M P
F A /U D
X
-3 1 0
-2 7 1
U 14
E J T -3
U 15
U 16
E J T -1
MCP’s & MCS’s
U 08
U 07
U 09
U 01
E J T -2
U 04
U 1 0 -1
U 05
U 06
U 03
P 01
P 02
P IN
F A /C C /U D
1441
-4 6 7 .6 9
D ia 2 0
P IN
F A /C C /U D
2497
-4 4 5
D ia 2 0
P 04
P IN
F A /C C
1750
-6 4 0
D ia 1 0
P 05
P IN
F A /C C
1842
-6 4 0
P 06
1418
-6 1 8
P 03
U 02
D ia 1 0
P IN
F A /C C
P 07
P IN
F A /C C /U D
2320
-1 7 1
P 08
P IN
F A /C C
1 2 1 1 .7 6
-3 1 0
D ia 1 6
P 09
P IN
F A /C C
1 3 2 6 .5
-4 8 1
D ia M 6
P 10
P IN
C C /U D
-5 2 1 .5
404
D ia 1 0
D ia 1 3
P 11
P IN
C C /U D
-4 1 1
457
D ia 1 2
P 12
P IN
C C /U D
-1 1 5 .1
7 1 0 .5
P IN
F A /C C
D ia 1 6
D ia 2 5
P 13
P 14
P 15
P 16
1342
4 9 8 .5
P 17
P 18
P 19
P 20
E 01
LO C A TO R
F A /U D
X
E 02
LO C A TO R
C C /U D
Y
E 03
LO C A TO R
F A /U D
Y
-1 0 0
1578
2265
E 04
TOOLING
2D DRAWING
D ia M 8