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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.

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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 1.3Procesos de Manufactura 1.4Sistemas de Producción. Sesión 1

2 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.

3 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. Evolución de los sistemas de productivos y los estándares del mercado.

4 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.

5 Figura 1. Dos maneras de definir manufactura: (a) como un proceso técnico y (b) como un proceso económico. a) b)

6 Industrias manufactureras Son empresas y organizaciones que producen o abastecen bienes y servicios, pueden clasificarse como primarias, secundarias o terciarias.

7 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.

8 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.

9 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.

10 International Standard Industrial Classification (ISIC)

11 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.

12 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.

13 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

14 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.

15 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.

16 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

17 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.

18 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

19 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.

20 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.

21 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)

22 1.3 PROCESOS DE MANUFACTURA Los procesos de manufactura pueden dividirse en dos tipos básicos: 1) Operaciones de proceso y 2) Operaciones de ensamble.

23 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA.

24

25 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.

26 Se distinguen tres categorías de operaciones de proceso: a) Operaciones de formado, b) Operaciones para mejorar propiedades y c) Operaciones de procesado de superficies

27 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.

28 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:

29 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.

30 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.

31 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.

32 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.

33 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.

34 MÉTODOS MODERNOS DE MANUFACTURA Ejemplo de estampado

35 MÉTODOS MODERNOS DE MANUFACTURA (a) Ejemplos de Hidroformados (b) Moldes para hidroformado

36 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.

37 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

38 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.

39 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).

40 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.

41 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.

42 ProcesoEquipoHerramientas específicas(función) FundiciónVariosMolde ModeladoMáquina moldeadoraMolde LaminadoMolino laminadorRodillos ForjadoMartinete de forjaDados(comprimen el material para formarlo) ExtrusiónPrensaDados de extrusión(reducen la sección transversal) EstampadaPrensaDados(cortan y forman láminas de metal) MaquinadoMáquinas herramientaHerramientas de corte(remueve material) Accesorios(sostienen la pieza de trabajo) Plantillas (guían las herramientas) EsmeriladoMáquina esmeriladoraRueda de esmeril(remueve material) SoldaduraMáquina soldadoraElectrodos(funden el metal de la pieza) Accesorios (sostienen la pieza durante la operación de trabajo) Equipo de producción y herramientas que se usan en varios procesos de manufactura

43 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.

44 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.

45 1.4.1INSTALACIONES 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

46 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.

47 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 Producto Cantidad de Producción Bajo Medio Alto

48 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

49 Disposición de posición fija

50 Cantidad de producción media Asociado al rango de 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

51 Disposición por proceso

52 Distribución de proceso El equipo es transportado de acuerdo al lugar o su función Disposición celular

53 Cantidad de producción alta Asociado al rango de 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.

54 Disposición en línea

55 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA. La siguiente tabla ofrece un comparativo con las características de los sistemas de manufactura

56 Cuatro Configuraciones para la Distribución de Maquinaria y Procesamiento de Partes

57 1.4.2SISTEMAS 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.

58 La mayor í a de estos sistemas de apoyo no tienen contacto directo con el producto, pero planean y controlan su avance dentro de la f á brica. Las funciones de apoyo a la manufactura son frecuentemente realizadas en la empresa por personal organizado dentro de departamentos tales como los siguientes:

59 Ingenier í a de manufactura. Este departamento es responsable de planear los procesos de manufactura, es decir, decide cu á les procesos deben usarse para fabricar las partes y ensamblar los productos. Se encarga tambi é n de dise ñ ar y ordenar las m á quinas herramienta y otros equipos que utilizan los departamentos operativos para realizar el procesado y ensamble de productos.

60 Planeaci ó n y control de la producci ó n. Este departamento es responsable de resolver los problemas log í sticos en la manufactura: ordenar los materiales y partes a comprar, programar la producci ó n y asegurar que los departamentos operativos tengan la capacidad necesaria para cumplir con los planes de producci ó n.

61 Control de calidad. En el ambiente competitivo de hoy en d í a, la producci ó n de art í culos de alta calidad debe tener la m á s alta prioridad de cualquier empresa manufacturera. Ello significa dise ñ ar 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.

62 TOOLING MCPs & MCSs 2D DRAWING MATH DATA GMNA GD&T GMDAT MCPs,MCSs & 2D DRAWING MÉTODOS MODERNOS DE MANUFACTURA


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