INGENIERÍA DE MANUFACTURA

INTEGRANTES:

AYALA DIONICIO, Nelson

AZAÑERO GUZMÁN, Paulo

CABALLERO AGUERO, Luis

CASTILLO ARIZOLA, Carlos

GARRIDO OBESO, Cristhian

TANTALEÁN RODRÍGUEZ, Roberto

Dr. Ing. ALCÁNTARA ALZA, Víctor M.

INGENIERÍA MECÁNICA

EXPOSITOR:AZAÑERO GUZMÁN, PAULO

MANUFACTURA

• Manufactura, en un sentido completo, es el proceso de convertir materias primas en productos. También comprende las actividades en que el propio producto fabricado se utiliza para elaborar otros productos. Los ejemplos podrían incluir a las grandes prensas que forman las hojas metálicas usadas en accesorios y carrocerías para automóviles, la maquinaria para fabricar sujetadores, como tornillos y tuercas, y las máquinas de coser ropa. El nivel de manufactura de una nación se relaciona directamente con su salud económica; por lo general, cuanto mayor es la actividad manufacturera de un país, mayor será el estándar de vida de su gente.

INGENIERIA DE MANUFACTURA

• Es la ciencia que estudia los procesos de conformado y fabricación de componentes mecánicos con la adecuada precisión dimensional, así como de la maquinaria, herramientas y demás equipos necesarios para llevar a cabo la realización física de tales procesos, su automatización, planificación y verificación.

• La ingeniería de manufactura es una función que realiza el personal técnico, y está relacionada con la planeación de los procesos de manufactura para la producción económica de productos de alta calidad. Su papel principal consiste en preparar la transición del producto desde las especificaciones de diseño hasta la manufactura de un producto físico.

• Su propósito general es optimizar la manufactura dentro de una organización particular. El ámbito de la ingeniería de manufactura incluye muchas actividades y responsabilidades que dependen del tipo de operaciones de producción que realiza la organización particular.

ACTIVIDADES DE LA INGENIERÍA DE MANUFACTURA

• Planeación de procesos. Como lo sugiere la definición, ésta es la principal actividad de la ingeniería de manufactura. La planeación de procesos incluye:

• decidir qué procesos y métodos deben usarse y en qué secuencia,

• determinar los requerimientos de habilitación de herramientas

• seleccionar el equipo y los sistemas de producción

• estimar los costos de producción para los procesos, la habilitación de herramientas y los equipos seleccionados.

ACTIVIDADES DE LA INGENIERÍA DE MANUFACTURA

• Solución de problemas y mejora continua. La ingeniería de manufactura proporciona personal de apoyo a los departamentos operativos (fabricación de piezas y ensamble de productos) para resolver problemas técnicos de producción. También debe poner en práctica esfuerzos continuos para reducir los costos de producción, aumentar la productividad y mejorar la calidad de los productos.

• Diseño para la manufacturabilidad. En esta función, que cronológicamente se encuentra antes que las otras dos, los ingenieros en manufactura sirven como consejeros de manufacturabilidad para los diseñadores del producto. El objetivo es crear diseños que no sólo cumplan requerimientos funcionales y de rendimiento, sino que también puedan producirse a costos razonables, con un mínimo de problemas técnicos, con la mayor calidad y en el menor tiempo posible.

PLANEACIÓN DE PROCESOS

Expositor: AYALA DIONICIO, Nelson

DEFINICIÓNDe acuerdo a SME (Society of Manufacturing Engineers), Processes Planning o Planeación de Procesos, es la determinación sistemática de los métodos mediante los cuales un producto es manufacturado económica y competitivamente.

La labor del Planeación de Procesos es proyectar las diferentes actividades del mecanizado considerándolas como interdependientes.

Implica:Determinar los procesos de manufactura más adecuados y la secuencia en la cual deben realizarse los procesos.

El plan de proceso debe ejecutarse dentro de las limitaciones impuestas por la fabrica (equipos y capacidad productiva).

Estimar los costos de producción para los procesos, la habilitación de herramientas y los equipos seleccionados.

Seleccionar el equipo y los sistemas de producción:

PLANEACIÓN TRADICIONAL DE PROCESOSLa planeación de procesos es realizada por ingenieros en manufactura que conocen los procesos particulares que se usan en la fábrica y son capaces de leer dibujos de ingeniería. Con base en su conocimiento, capacidad y experiencia, llevan a cabo los pasos de procesamiento que se requieren en la secuencia más lógica para hacer cada pieza.

En esta planeación cabe aclarar que es fundamental tener en cuenta el costo y el tiempo de maquinado, debido a que esto es lo que hace o no efectivo un proceso dentro de una compañía, para ello es necesario escoger muy bien las herramientas a utilizar y la forma en que se utilizan.

Las entradas del proceso de planeación de maquinado son las mostradas en la figura, las cuales después de realizado el proceso de planeación se convierten en las salidas también evidenciadas en el diagrama.

Las tareas de la planeación incluyen los siguientes pasos: 1. Diseño, análisis e interpretación

del entorno de manufactura: análisis de Raw Material (material en bruto),

dimensionamiento geométrico de piezas o partes, inclusión de

tolerancias geométricas en los diseños, consideraciones de acabado

superficial, etc.

2. Selección de procesos: identificación de los procesos de

manufactura requeridos, basándose en los análisis

preliminares.

3. Mapeo de tolerancias: análisis de tolerancias y superficies de

referencia para reglaje de piezas, con el ánimo de enfocar el uso de dimensiones geométricas de un producto y tolerancias hacia una

producción factible.

4. Selección de máquinas: selección de máquinas

basándose en sus capacidades y disponibilidades para poder

desarrollar los procesos seleccionados.

5. Secuencias de operación: determinación del orden

lógico de las operaciones del proceso.

6. Especificación de herramientas y fijaciones:

identificación de dispositivos de sujeción para soportar la pieza y las herramientas de

corte.

7. Parámetros de corte: observación del régimen de

corte, cálculos de velocidad de corte, avance y profundidad

óptimos.

8. Análisis de ciclos de tiempo: cálculo del tiempo total de

maquinado y tiempos muertos (estimación de Lead times).

9. Documentación: Se debe organizar un plan y

documentarlo para su comunicación a las áreas de

manufactura.

PAUTAS PARA DECIDIR LOS PROCESOS Y SU SECUENCIA EN LA PLANEACION DEL PROCESO:

Requerimientos de diseño: La secuencia de procesos debe satisfacer las dimensiones, tolerancias, acabados de superficies y otras especificaciones establecidas por el diseño de productos.

Requerimientos de calidad:Deben seleccionarse procesos que satisfagan los requerimientos de calidad en términos de tolerancias, integridad de las superficies, consistencia y capacidad de repetición, y otras medidas de calidad.

Volumen y velocidad de producción:El proceso debe ser capaz de cumplir el volumen y la velocidad requerida de producción.

Procesos disponibles:Si el producto y sus componentes se van a hacer en forma interna, el planificador debe seleccionar, en lo posible, los procesos y el quepo disponible en la fabrica.

Utilización del material:Es conveniente que la secuencia de procesos use en forma eficiente los materiales y reduzca el desperdicio.

Flexibilidad:Cuando sea posible, el proceso debe ser suficientemente flexible para adoptar cambios en el diseño de ingeniería.

Superficies de referencia:Ciertas superficies de la pieza deben formarse (generalmente mediante maquinado) casi al principio de la secuencia a fin de que funcionen como superficies de ubicación para otras dimensiones que se formaran después.

Minimizar la preparación:Debe minimizarse la cantidad de preparaciones separadas de maquinas. Cuando sea posible, las operaciones deben combinarse en la misma estación de trabajo.

Restricciones de precedencia:Son requerimientos de secuencia tecnológica que determinan o restringen el orden en el cual se realizan los pasos de procesamiento.

Seguridad:La seguridad de los trabajadores debe considerarse en la selección de un proceso. Esto tiene un buen sentido económico y es una ley.

Costo mínimo:La secuencia de procesos debe ser el método de producción que satisfaga todos los requerimientos anteriores y también obtenga el costo de producto mas bajo posible.

Eliminar pasos innecesarios:De ser necesario, pedirse cambios en el diseño para eliminar características que no son absolutamente necesarias y por ende suprimir los pasos de procesamiento asociados con dichas características.

Rubros de la planeación:PLANEACIÓN DE PROCESOS

PARA PIEZASPLANEACIÓN DE PROCESOS

PARA ENSAMBLES

PLANEACIÓN DE PROCESOS PARA PIEZAS

Los procesos dependen del material elegido con base en los requerimientos funcionales (metales, cerámicos, polímeros y materiales compuestos).

Se puede seguir una secuencia típica de procesamiento como la siguiente:

1. Procesos básicos: Establece la configuración geométrica inicial. Con frecuencia son externos a la planta de fabricación.

- Fundición de metales- Forjado- Laminado de hojas metálicas, etc.

2. Procesos secundarios: Transforman la forma básica en la configuración geométrica final.

- Operaciones de maquinado.- Estampado, perforado y doblado.

3. Operaciones para mejorar las propiedades:Incluyen el tratamiento térmico en componentes metálicos y cristalería. 4. Operaciones de acabado:Por lo general proporcionan unrecubrimiento en la superficie dela parte de trabajo (o ensambles).

- Galvanoplastia.- Pintado.

THE ROUTE SHEET (HOJA DE RUTA):

Especifica la secuencia de operaciones y el equipo que visitará la pieza durante su producción. La hoja de ruta es al planificador de procesos lo que el dibujo de ingeniería es al diseñador del producto.

Una hoja de ruta incluye la siguiente información:

1. El componente, su nombre.

2. La información relativa a todas las operaciones a realizar sobre la pieza de trabajo, enumeradas en el orden en que se deben realizar.

3. Una breve descripción de cada operación indicando el procesamiento que se lleva a cabo, referente a las dimensiones y tolerancias.

4. Las máquinas particulares en las que se debe hacer el trabajo.

5. Cualquier herramienta especial, como dados, herramientas de corte, plantillas o montajes y medidores.

Las directrices comunes para preparar una hoja de ruta son los siguientes:

Números de operación para las etapas de procesamiento consecutivos deben enumerarse como 10, 20, 30, etc. Esto permite nuevas operaciones para ser insertado en caso necesario.

Una nueva operación y el número deben fijarse mientras que una pieza de trabajo deja una estación de trabajo y se transferida a otra estación.

Una nueva operación y el número deben especificarse si una pieza es transferida a otro medio de sujeción (por ejemplo: una plantilla o un aparejo), incluso si está en la misma máquina herramienta.

Una nueva operación y número deben fijarse si la pieza de trabajo se transfiere de un trabajador a otro, como en una línea de producción.

HOJA DE OPERACIONES:

Es más detallada para cada una de las actividades enlistadas en la ruta.

En ocasiones también se incluyen diagramas para la preparación.

Indica los detalles específicos de la operación, como las velocidades de corte, la alimentación, las herramientas y otras instrucciones útiles para el operador de las máquinas.

PLANEACIÓN DE PROCESOS PARA ENSAMBLES

Para una producción baja, el ensamble se hace, por lo general, en estaciones de trabajo individuales y un operario o equipo de ellos realiza la tarea de ensamblar los elementos de trabajo para completar el producto.

En la producción mediana y alta, por lo general el ensamble se realiza en líneas de producción.

Para un producto ensamblado, la planeación define la secuencia apropiada de los pasos de ensamble.

ASSEMBLY INSTRUCTIONS (Hoja de ensamble):

Para estaciones únicas, la documentación es similar a la hoja de ruta de procesamiento. Contiene una lista de los pasos de ensamble y el orden en que deben realizarse. Para la producción de líneas de ensamble, la planeación de procesos consiste en asignar elementos de trabajo a estaciones particulares a lo largo de la línea, un procedimiento denominado balanceo de línea.

EJEMPLO:Análisis preliminar de una parte mecánica:

Selección de procesos de maquinado y herramientas:

Agrupación de operaciones:

Los rasgos 2, 4 y 5 serán maquinados mediante torneado en un primer setup, y en un siguiente setup se taladrarán los rasgos 1 y 3.

Setup: Un setup es un grupo de operaciones de corte que son todas ejecutadas mientras la parte está fija en una posición particular en la maquina herramienta.

Selección de referencias para el maquinado:

Definir la posición de los dispositivos convenientes para localizar las partes en la maquina herramienta, o en otras palabras para considerar una fijación (los arreglos y losdispositivos de localización y sujeción como tal).

Finalmente, los procesos mencionados necesitan ser detallados y archivados en un plan de proceso para el ejemplo dado a fin de enviar toda la información al departamento de producción.

Planeación de Procesos Asistida por Computadora

(CAPP) y su integración

Expositor: Castillo Arizola, Carlos.

Planeación de procesos asistida por computadora (CAPP, por sus siglas en inglés “Computer Aided Process Planning”)

Es la automatización de la función de planeación de procesos mediante sistemas de computación.

La asociación de ingenieros mecánicos americanos define el CAPP como la “determinación sistemática de los métodos y de los medios mediante los cuales un producto se fabrica de forma económica y competitiva”.

Los sistemas de planeación de procesos asistidos por computadora están diseñados con base en uno de los dos siguientes enfoques:

1. Sistemas de recuperación: Se basan en la tecnología de grupos y en la clasificación y codificación de piezas. En estos sistemas, en archivos de computadora se almacena un plan de procesos estándar para cada número de código de piezas.

Los sistemas CAPP de recuperación operan como se indica en la siguiente figura:

Operación de un sistema de planeación de procesos asistido por computadora del tipo de recuperación.

2. Sistemas CAPP generadores: Más que recuperar y editar planes existentes de una base de datos, un sistema generador crea el plan de procesos usando procedimientos sistemáticos que puede aplicar un planificador humano.

Se requieren varios ingredientes en un sistema CAPP completamente generador:

a) Base de conocimientos. b) Descripción de piezas compatibles con

computadoras. c) Motor de inferencia.

Beneficios:o La racionalización y la estandarización del proceso, la

planeación automatizada produce planes de procesos más lógicos y consistentes que cuando se usa la planeación tradicional de procesos.

o Aumenta la productividad de los planificadores de procesos, el enfoque sistemático y la disponibilidad de planes de procesos estándar en los archivos de datos permiten al usuario generar una mayor cantidad de planes de procesos.

o Se reduce el tiempo para preparar planes de procesos.

o Mejora la legibilidad en comparación con las hojas de ruta preparadas en forma manual.

o Capacidad de crear una interfaz en los programas CAPP con otros programas de aplicaciones, como para la estimación de costos, de estándares de trabajo y otros.

El CAPP y su entorno La situación actual del mercado obliga a los

fabricantes a ofrecer productos de alta calidad y ajustados a la necesidades del cliente, en series cortas, con tiempos de vida del producto más cortos y por supuesto, sin incrementar los costos.

Los ingenieros tienen hoy en día una gran variedad de sistemas de asistencia mediante ordenador (CAD, CAM, CAE,…) que les ayudan a conseguir los objetivos mencionados, durante el ciclo de vida del producto.

Dentro de estos productos de asistencia al ingeniero se encuentran los sistemas de preparación del trabajo asistida por computadora o CAPP, sistema que se encarga de transformar el diseño del producto en la secuencia de operaciones necesarias para obtenerlo.

Estos sistemas han sido objeto de profundo estudio en los últimos años, para tratar de conseguir sistemas que cumplan con las especificaciones de calidad que demandan las empresas.

Un estudio de mercado de 1989 preveía un futuro a largo a plazo muy prometedor para los sistemas de CAPP en Europa. Mientas que en 1988 había solamente 2300 instalaciones CAPP, las previsiones indican que aproximadamente 24500 instalaciones CAPP serán operativas en el año 2000, cosa que se contrasta con la realidad (en todo el mundo existen alrededor de 1000 prototipos de CAPP).

Características del CAPP Un sistema de CAPP automatiza, con la ayuda de

un ordenador, la preparación del trabajo. Esta tarea suministra la información necesaria al resto de las fases de planificación en el taller, entre ellas el diseño y el sistema de planificación de la producción.

Funciones básicas de un sistema CAPP:

1. Introducción de la información geométrica y tecnológica (CAD/CAM).

2. Determinación de la secuencia de los módulos.3. Determinación de la secuencia de operaciones.4. Selección de la herramienta.

5. Selección de los parámetros del proceso.6. Reordenamiento de las operaciones para minimizar

los tiempos no productivos.7. Estimación del tiempo y costo de proceso por

operación y total por lote de fabricación.8. Generación de los programas de control CN.9. Salidas de datos impresas de los resultados.10. Exportación de los datos de los resultados de los

procesos con datos en común o a otras aplicaciones.

Se necesitan de una serie de mecanismos que pueden dar entre todos ellos, de forma automatizada sobre soporte informativo, servicios a los requisitos.

Los mecanismos necesarios son:

1. Sistemas de conocimiento o sistema basado en reglas.

2. Sistemas de decisión basada en tablas.3. Meta conocimiento.4. Lenguaje de programación.5. Sistemas para descripción de restricciones.6. Sistemas para la descripción de objetos.7. Funciones genéricas de planificación.

Para implementar todas estas herramientas en un sistema CAPP útil y competitivo, es muy conveniente que se den 2 elementos condicionantes básicos:

1. El diseño de la pieza está basado en “features” (características): Esta técnica del diseño basado en “features”, consiste en el diseño mediante elementos que el diseñador reconoce como objeto, por ejemplo, agujeros, planos, etc, y no dibujando líneas y curvas como en los sistemas tradicionales CAD. Estos objetos son almacenados en una forma consistente con la forma de pensar del planificador, que se observa de la pieza como un conjunto de objetos (los “features”) a mecanizar, con unas características geométricas y tecnológicas asociadas. Este tipo de almacenamiento es necesario para conseguir automatizar la preparación del trabajo.

2. La base de datos para un sistema CAPP: Una base de datos organizada y capaz de albergar en su interior toda la información tanto geométrica, como tecnológica y de los recursos de la planta, es imprescindible para dar soporte al sistema a la hora de la obtención de un plan de proceso. Esta base de datos, organizada convenientemente, es la que permitirá la integración de los sistemas de CAPP con los de CAD, con CAM y programación a detalle.

Clasificación de los sistemas CAPP Dependiendo de las distintas perspectivas desde las

cuales se ataca el problema se pueden establecer diferentes clasificaciones de los sistemas CAPP. Los diferentes criterios de clasificación son:

o La forma de planificación.

o La forma de representar el conocimiento.

o La forma en que es tratado el conocimiento.

1. Clasificación de los sistemas de CAPP en función de la forma de planificación: Son aproximadamente veinte los años que se lleva investigado sobre la mejora de automatizar la generación de planes de procesos. Son tres los caminos que se han explorado.

a) Planificación por variantes: Como solución al problema, el planificador busca el plan de procesos de una pieza semejante ó un plan de procesos estándar que se establece para un conjunto de piezas agrupadas según el concepto de la familia.

b) Planificación generativa: El plan de procesos se genera, a partir de cero, siguiendo una lógica basada en un “conocimiento de preparación del trabajo”.

c) Planificación híbrida variativo-generativa: Utiliza una clasificación de las piezas en familias. Para cada familia de piezas (sistema variativo) el sistema tiene una lógica diferente de generación de planes de proceso (sistema generativo).

2. Clasificación de los sistemas CAPP en función de la forma de representar el conocimiento: Esta segunda forma de clasificación hace referencia a la forma de representar e interpretar el conocimiento.

Usualmente los ingenieros de software asumen que el conocimiento de fabricación puede obtenerse entrevistando a una serie de expertos. El problema, es que normalmente, como resultado de estas entrevistas, solamente una parte del conocimiento es formalizada, y ésta extrapolada como verdadera a todo el universo de piezas.

Un buen sistema de CAPP necesita un conocimiento teórico profundo de los aspectos de la producción, y potentes modelos de conocimientos.

3. Clasificación de los sistemas de CAPP en función del patrón de razonamiento: Los sistemas de CAPP basados en “features” pueden clasificarse según la forma de tratar la información y el conocimiento de un “feature”. Básicamente existen dos aproximaciones:

a) Orientada a la producción: Obtiene la secuencia de operaciones analizando el estado final que se requiere alcanzar en un “feature”. Para cada “feature” se asocia una secuencia de operaciones en función de sus características geométricas finales

b) Orientada a la geometría: Se selecciona una operación para un “feature” dado en función de su geometría y se obtiene el estado resultante de efectuar esa operación. A cada paso del mecanizado se actualiza la geometría del “feature”.

Integración CAD-CAPP-CAM Es necesario integrar CAPP con los sistemas de CAD

para evitar tener que introducir la misma información geométrica y tecnológica de dos sistemas diferentes, uno para diseño y otro para preparación del trabajo.

Para conseguir la integración CAD-CAPP, es conveniente que ambos sistemas estén soportados por la misma base de datos.

Se tiene que, para poder reducir el tiempo ciclo se deben de integrar todos los procesos y esto se logra con la ayuda del sistema CAPP, logrando una vinculación e integración completa de los procesos de manufactura.

Integración del sistema CAPP con CAD y CAM.

Ventajas: 58% de reducción en la preparación del proceso. 10% se salva el trabajo directo. 4% se ahorra en material. 10% se salva en rechazo. 12% se salva en herramientas. 6% reducción de los trabajos en procesos. Mayor consistencia de la planificación del proceso;

acceso a información actualizada en una base de datos central.

Se logran procedimientos de estimación de costos. Reduce la planificación del proceso y el tiempo

perdido en la producción; respuesta rápida a los cambios en ingeniería.

Descripción de un sistema CAPP

KAPPS: “Know-how and knowledge Asisted Production Planning system” (KAPPS), fue desarrollado por Iwata y Fukuda en la Universidad japonesa de Kobe.Consta principalmente de 4 sistemas:

Un sistema de CAD y una interfase con el usuario. Un sistema de toma de decisiones. El conocimiento y la base de datos. Un sistema de adquisición de conocimiento.

El sistema de almacenamiento de conocimientos son las reglas de decisión, el sistema genera planes de proceso siguiendo un método generativo. Es capaz de almacenar la superficie en bruto y la mecanizada, permite seleccionar las superficies de referencian determinar relaciones de preferencia, seleccionar la máquina herramienta, determinar condiciones de corte y selecciona la herramienta más adecuada.

EXPOSITOR: TANTALEÁN RODRÍGUEZ, Roberto

LA TOMA DECISIONES

• DECISIÓN: alternativa de acción entre varias posibles.

• Le elección puede hacerse :– Proceso puramente intuitivo– Análisis elaborado en términos cuantitativos

• En el campo empresarial incluyen problemas técnicos, económicos, humanos, de mercado.

• No hay dos decisiones iguales.• Son estimaciones de futuro sujetas a riesgo e

incertidumbre.

Algunos conceptos a tener presente en la toma de decisiones

Costos relevantes.-Las actividades de la empresa deben ser seleccionadas en función del costo-beneficios futuros esperados y no en función de los costos históricos. Son en definitiva los costos futuros que evalúan las diferentes alternativas de los posibles cursos de acción; el resto de enfoques de costos se consideran irrelevantes para una decisión concreta.

Etapas de la toma de decisionesIdentificación del problemaIdentificación del problema

Evaluación de la decisiónEvaluación de la decisión

Selección de mejor alternativaSelección de mejor alternativa

Generar soluciones alternativas(aplicar modelos o crearlos)

Generar soluciones alternativas(aplicar modelos o crearlos)

Evaluación de alternativasEvaluación de alternativas

Selección e implementaciónde la solución

Algunos conceptos a tener presente en la toma de decisiones

Costos diferenciales.- aquellos que serán distintos para cada alternativa.

Costos inalterables.- aquellos en que se va a incurrir en cualquier caso.

Costos evitables.- son aquellos que no se producen si no se toma una decisión

concreta.

Algunos conceptos a tener presente en la toma de decisiones

Beneficio diferencial: diferencia entre ingresos y costos diferenciales. Si se comparan dos alternativas se optará por la que tenga mayor beneficio diferencial.

Costo de oportunidad: cuando la decisión implica escoger entre varias alternativas , optar por una implica abandonar las demás. El sacrificio de los posibles beneficios que se obtendrían de las alternativas rechazadas, constituye el costo de oportunidad de la alternativa escogida.

DECISIÓN DE HACER O COMPRAR

ADQUIRIR UNA PIEZA

CON UN PROVEEDOR

EXTERNO

HACER LA PIEZA EN FORMA

INTERNA

debe reconocerse que virtualmente todos los fabricantes adquieren sus materiales iniciales con proveedores

TALLER DE MAQUINADO:

.MATERIA PRIMA EN BARRAS

.

MOLDEADOR DE PLASTICOS:

COMPUESTOS DE MOLDEADO DE UNA COMPAÑÍA QUIMICA

EMPRESA DE TRABAJO EN PRENSA:

LAMINAS METALICAS DE UNA LAMINADORA

FACTOR COSTO

Si el vendedor es significativamente más eficiente en los procesos requeridos para hacer el componente, es probable que el costo de producción interno sea mayor que el precio de adquisición, incluso cuando se incluyan las ganancias del vendedor.

FACTOR TIEMPO

INACTIVOsi adquirir la pieza produce equipo inactivo en la fábrica, una aparente ventaja de costos para el vendedor puede ser una desventaja para la fábrica.

Supongamos que el precio cotizado para cierto componente por un vendedor es de $8.00 por unidad, para 100 unidades. La misma pieza hecha en la fábrica costaría $9.00.

Costo de material unitario = $2.25 por unidadMano de obra directa= $2.00 por unidadGastos de la mano de obra al 150%=$3.00 por unidadCosto fijo del equipo=$1.75 por unidadTotal= $9.00 por unidad

EJEMPLO

CONSIDERAMOS EL POSIBLE EFECTO EN LA FÁBRICA SI SE DECIDE ACEPTAR LA COTIZACIÓN.

• EL COSTO FIJO DEL EQUIPO ES UN COSTO ASIGNADO, BASADO EN UNA INVERSIÓN QUE YA SE HA HECHO. SI EL EQUIPO SE MANTIENE OCIOSO POR LA DECISIÓN DE COMPRAR LA PIEZA, PODRÍA ARGUMENTARSE QUE EL COSTO FIJO DE $1.75 CONTINUA.

• SI NO SE USA EL EQUIPO. EN FORMA SIMILAR, EL COSTO DE GASTOS INDIRECTOS DE $3.00 QUE CONSISTE EN EL ESPACIO DE PISO DE LA FÁBRICA, LA MANO DE OBRA INDIRECTA Y OTROS COSTOS TAMBIÉN CONTINUARA, INCLUSO SI SE COMPRA LA PIEZA.

• MEDIANTE ESTE RAZONAMIENTO, LA DECISIÓN DE ADQUIRIR PODRÍA COSTARLE A LA COMPAÑÍA HASTA $8.00+$1.75+$3.00=$12.75 DÓLARES

• POR OTRO LADO, SI EL EQUIPO PUEDE USARSE PARA PRODUCIR OTROS COMPONENTES, ENTONCES LA DECISIÓN DE COMPRAR TIENE UN BUEN SENTIDO ECONÓMICO.

SOLUCIÓN DE PROBLEMAS Y MEJORA CONTINUA

SURGIMIENTO DE PROBLEMAS

INGENIERÍA DE MANUFACTURA

DA SOLUCIÓN

MAQUINADO

MOLDEADO

..SELECCIÓN DE HERRAMIENTAS DE CORTE

..SOPORTES QUE NO FUNCIONAN ADECUADAMENTE

..LAS PIEZAS CON CONDICIONES QUE EXCEDEN LA TOLERANCIA

..CONDICIONES DE CORTE QUE NO SON LAS ÓPTIMAS

EXCESO DE REBABAS, ALTA ADHESIVIDAD DE LAS PIEZAS EN LOS MOLDES U OTROS DEFECTOS QUE OCURREN EN UNA PIEZA MOLDEADA.

PROBLEMAS

La ingeniería de manufactura es responsable de generar la solución adecuada al problema y proponer el cambio en la ingeniería al departamento de diseño.

La solución de un problema técnico de manufactura puede requerir un cambio de diseño, por ejemplo, modificar la tolerancia de alguna dimensión de la pieza para eliminar una operación de acabado con esmerilado, al mismo tiempo que se obtiene funcionalidad en la pieza.

Los ingenieros de manufactura son responsables de analizar los procedimientos de cambios y encontrar las formas de reducir el tiempo para realizarlas y también son responsables de proyectos de mejora continua.

KAIZEN• 改 (kai en japonés, gǎi en chino)

significa ‘cambio’ o ‘la acción de enmendar’.

• 善 (zen en japonés, shàn en chino) significa ‘bueno’ o ‘beneficioso’.

Significa “mejora continua” o “mejoramiento continuo”, y su metodología de aplicación es conocida como la MCCT: La Mejora Continua hasta la Calidad Total.

“¡Hoy mejor que ayer, mañana mejor que hoy!”

TRAINING WITHIN INDUSTRYESTRUCTURA DEL PROGRAMA TWIdestinados a mandos intermedios, team leaders o cualquier persona que en algún momento supervise el trabajo de otros.• Habilidad de Instrucción – curso de Instrucción del Trabajo: IT

- (Job Instruction)• Habilidad para establecer unas buenas relaciones con los

trabajadores – curso de Relaciones de Trabajo: RT - (Job Relations)

• Habilidad de Mejora de Métodos – curso de Métodos de Trabajo: MT - (Job Methods)(enseña a los participantes a mejorar los métodos haciendo un mejor uso de los recursos humanos, la maquinaria y los materiales disponibles, para fabricar más productos, de mejor calidad y en menos tiempo)

El método ayuda en la mejora de métodos con la implicación de los trabajadores de planta, contando con sus conocimientos y su experiencia.

LOS PROYECTOS SE RELACIONAN CON:

1.Reducción de costos2.Mejoramiento de la calidad 3.Mejoramiento de la productividad4.Reducción del tiempo de preparación5.Reducción del tiempo de ciclo6.Reducción del tiempo de manufactura7.Mejora del diseño del producto para

aumentar el rendimiento y el atractivo para el cliente.

DISEÑO PARA LA FABRICACION Y ENSAMBLEExpositor: Caballero Aguero , Luis Alberto

ANTERIORMENTELos aspectos que han predominado en el proceso de diseño de un producto han sido la función y el costo.

Con el desarrollo de la producción,el diseño y desarrollo de productos requiere no solamente el manejo de conceptos básicos de diseño mecánico convencional, sino la selección adecuada de materiales y procesos de fabricación que permitan obtener artículos que cumplan con los requerimientos funcionales, siendo de alta calidad y con la posibilidad de adquirirse a bajos costos.

Algunos de los principales problemas que comporta no considerar la fabricación y el montaje de los productos durante el proceso de diseño son:

Mayores tiempos de introducción en el mercado.

Mayores plazos de entrega. Peor calidad. Mayor coste. Limitaciones en la mejora de planta.

Y con ello se dieron cuenta que la manufactura de un producto viene determinada por su diseño y no por la planta.

Se ha constatado que más de un 70% del coste de un producto se determina en la etapa de diseño

Diseño para la Manufactura y Ensamblaje

Diseño para la Manufactura DFM (Design for Manufacture) es el diseño para facilitar los procesos de manufactura empleados para cada componente del producto.

Diseño para el Ensamblaje DFA (Design for Assembly) es el diseño del producto para facilitar el ensamblaje de cada uno de esos componentes.

DFMA(Design for Manufacture and Assembly) es la combinación de las características de las metodología DFA & DFM; por lo tanto, DFMA es una herramienta de optimización.

Estas metodologías y herramientas fueron

introducidas en la industria por el Dr. Boothroyd y el Dr.

Dewhurst en 1983. De hecho, ellos son los propietarios de la

marca registrada “DFMA”

Beneficios: Disminución de los costes de montaje. Disminución de los costes de fabricación de las

piezas. Mayor flexibilidad y menores plazos de entrega. Disminución de los niveles de almacén de

producto acabado. Disminución de los costes indirectos. Mejor utilización de los equipos e instalaciones. Menor utilización del espacio. Disminución de los costes de la calidad. Disminución de los costes de desarrollo. Menor tiempo de introducción en el mercado.

Una vez justificadas la necesidad y ventajas de la aplicación del DFMA, es preciso analizar cuál es la influencia que ejerce su implantación en el propio proceso de diseño:

DISEÑO PARA EL MONTAJE(DFA)

Por objetivo el disminuir el coste total del producto, teniendo en cuenta los tiempos de ensamblaje, el coste de las piezas y el propio proceso de montaje.

Estas técnicas de DFA se abordan desde dos estrategias básicas: la reducción del número de piezas y operaciones, y la simplificación de las operaciones mediante la adecuación de las piezas a su manipulación, inserción y fijación.

Se puede entender que la disminución del número de piezas repercute de forma importante en los costes directos totales, a menos que la nueva configuración del ensamblaje suponga un aumento importante de la complejidad de las piezas, con el consiguiente incremento de los costes de fabricación, y de los utillajes de montaje.

Cuando durante el diseño se elimina una pieza, no sólo se evita su montaje y su procesado, sino también el que sea soportada, almacenada, inspeccionada, comprada, y repasada o mantenida, afectando de forma drástica a funciones que se consideran como coste indirecto.

Recalcando la importancia que en el diseño del producto tiene, se ha de indicar que la repercusión del diseño para un ensamblaje fácil es, en lo que a reducción de costes se refiere, mayor que el conseguido con la automatización.

Las estrategias antes descritas se suelen desarrollar utilizando metodologías que se basan, fundamentalmente, en la utilización de dos tipos de técnicas: la aplicación de reglas heurísticas y la utilización de métodos de evaluación cuantitativa de los diseños desde el punto de vista del montaje a través de índices o estimaciones de tiempo o coste.

Entre los métodos de evaluación de la ensamblabilidad, uno de los más populares es el índice de eficiencia (E), propuesto por Boothroydet al (1994), con el que se compara la solución de diseño adoptada con una referencia que representa el producto “ideal” desde el punto de vista del montaje.

Donde:

N=numero mínimo de piezas.

ta=tiempo básico de ensamblaje de la pieza ideal.

tma=tiempo estimado para ensamblar el producto con el diseño actual.

DIRECTRICES PARA EL MANEJO DE COMPONENTES

Diseñar componentes que de inicio a fin cuenten con simetría lineal y/o rotacional alrededor del eje de inserción. Máxima simetría.

Diseñar componentes que en ocasiones no puedan modificarse, potencializar su característica asimétrica.

Diseñar componentes prevengan los atascos, los jugueteos cuando se insertan.

Eliminar las características que permitan atascos entre componentes cuando están acomodados por lote para el ensamble.

Eliminar los componentes que puedan pegarse entre ellos, que sean flexibles, demasiado pequeños o demasiado grandes para el ensamblador.

Emplear componentes, procesos y métodos estándar.

Buscar siempre un ensamble piramidal, de tal forma que sea un

ensamble progresivo sobre un eje de referencia.

Eliminar cuando sea posible, la necesidad de detener

los componentes cuando se están ensamblando

o mantener cierta orientación que desgasten

al ensamblador.

En caso de requerir cierta orientación

o detener los componentes , diseñar un herramental.

Diseñar para que los componentes se orienten antes de liberarlos cuando se esta ensamblando . Uno de los principales problemas es orientar y acomodar a los componentes durante el ensamble.

Cuando se emplee componentes mecánicos , considerar el costo de acuerdo al tipo de unión que se utilice. Incrementando el costo total del ensamble.

Eliminar la necesidad de reorientar o reposicionar parcialmente cuando el ensamble se encuentra concluyendo.

CASO PRACTICO

APLICACIONES DE CRITERIOS DE DISEÑO PROPUESTO

BASE

Es la primera pieza que se arma y no se puede combinar con ninguna otra pieza.

COJINETES

Puede ser del mismo material de la base

MOTOR

Es una subensamble que se adquiere a un proveedor

TORNILLOS DEL MOTOR

Pueden reemplazarse por una sujeción por ejemplo colocar una pieza a presión.

SENSOR

Es un subensamble estándar

TORNILLO OPRESOR

Puede reemplazar por una sujeción.

TOPES

Pueden ir incorporados a la base

PLACA TERMINAL

Es necesario que sea necesario que sea separada para un futuro mantenimiento

TORNILLOS DE LA PLACA TERMINAL

No se necesitarían

CASQUILLO DE PLASTICO

Podría ser del mismo material que la placa terminal.

TAPA

Puede ir combinada con la tapa terminal

TORNILLO DE LA TAPA

No son necesarios

DISEÑO PARA MANUFACTURA(DFM)

Al igual que ocurre con el DFA, la literatura incluye tanto metodologías basadas en la utilización de reglas heurísticas (recogidas en manuales o “handbooks”), que son resultado del conocimiento empírico acumulado tras años de experiencia; y que sirven de base para la elaboración de alternativas, como las metodologías de evaluación, basadas en índices de manufactura o estimaciones de coste, de tiempo o de la calidad de una pieza, que se realizan mediante simulaciones (herramientas CAM/CAE).

La facilidad con que puede fabricarse una pieza, se asociaba inicialmente a campos y procesos de fabricación concretos, de forma que las técnicas y herramientas desarrolladas eran específicas de estos procesos y/o campos de aplicación. Sin embargo, en las últimas décadas se están desarrollando metodologías generales que identifican una serie de parámetros críticos que afectan al diseño de cualquier producto, independientemente de los procesos de fabricación a aplicar, lo cual posibilita la aplicación de estas técnicas cuando el proceso no se ha determinado.

Shankar identifica cinco grupos de consideraciones o aspectos fundamentales, que a su vez contemplan toda una serie de clases, factores u objetivos:

Compatibilidad

Este análisis se realiza para asegurar que las especificaciones de diseño se van a poder respetar, evitando costosas modificaciones en fases más avanzadas. Compatibilidad proceso-material. Compatibilidad proceso-configuración. Compatibilidad configuración-material. Disponibilidad de procesos y recursos.

Complejidad:

Los factores relacionados con la complejidad sobre los que el diseñador tiene una gran influencia son:

El número de detalles que posee, es decir, lo intrincado de la pieza.

Los acabados superficiales y las tolerancias dimensionales y geométricas.

La simetría y uniformidad de la geometría.

La accesibilidad.

El número de orientaciones, pues si se tienen muchas direcciones se tendrá que reposicionar o reorientar muchas veces la pieza durante la fabricación.

La facilidad de manipulación, que incluye tanto la transferencia entre estaciones como su alimentación, localización, orientación y amarre en las máquinas. Se trata de un aspecto que se ve afectado por el tamaño, peso, fragilidad y forma de la pieza.

Calidad:

La calidad de un producto depende de su propio diseño y de la posibilidad de que con los procesos y equipos disponibles se puedan conseguir las formas y tolerancias deseadas.

Minorar defectos de diseño, evitando ciertas características del diseño que pueden causar defectos críticos y/o de difícil detección.

Mejorar la robustez, que puede conseguirse con la menor variación de las propiedades de los materiales, puestas en máquina y otros parámetros del proceso.

Eficacia:

Disminuir los desperdicios de materiales.

Disminuir el número de piezas del producto, siempre que la complejidad de las piezas resultantes no sea excesiva.

Evitar todas aquellas operaciones que puedan suponer un coste elevado.

Estandarizar tanto materiales en bruto, como las operaciones y herramientas.

Reducir la variedad, especificando poca diversidad de componentes o características.

Acoplamiento

Con el término acoplamiento se denota al dispositivo o método que tiene por objetivo transferir energía .Un diseño se dice que está acoplado cuando la mejora de determinados requerimientos afecta negativamente a otros, la aplicación de reglas basadas en la experiencia y reflejadas en los “handbooks” o manuales, permitirá diseñar conforme a criterios de expertos tanto de materiales como de procesos de fabricación, acortando el tiempo de diseño y mejorando la calidad del mismo teniendo presentes todos los aspectos que influyen en la facilidad de manufactura.

La figura ilustra, a modo de ejemplo, una regla aplicable a un caso específico del proceso de moldeo de metales, y que se puede enunciar como: “Secciones gruesas no deben alimentarse a través de secciones estrechas”. Se trata de una regla que corresponde a la tercera categoría de aplicación del DFM compatibilidad (proceso-configuración)

MEDIDAS DE MANUFACTURALas medidas de la manufactura son medidas que se obtienen analizando los procesos de fabricación y que se pueden agrupar en tres clases, en función del tipo de análisis requerido: Tipo I. Hacen referencia a la estimación de los

costes. Tipo II. Están basadas en la estimación del

tiempo requerido para las diferentes operaciones de fabricación, y se pueden obtener mediante simulaciones de los diferentes procesos.

Tipo III. Dan al diseñador la posibilidad de visualizar la secuencia del proceso y razonar sobre él, necesitando, por tanto, la existencia de un plan de procesos.

INGENIERÍA CONCURRENTEGarrido Obeso Christian

INTRODUCCIÓN

En la actualidad existe un amplio consenso en afirmar que la ingeniería concurrente es la forma más eficiente de hacer ingeniería en un entorno cada vez más competitivo.

Sin embargo la introducción de una “cultura” de IC en una organización, no puede llevarse acabo sin realizar importantes cambios organizativos en ella.

ANTECEDENTES• Se establecen las bases del JIT

(Justo a tiempo) en Toyota, partiendo de la experimentación de Taichi Ohno. Reconoce que hay debilidades inherentes en las líneas de producción y la meta es reducir desperdicios en todos los niveles.

1947

• Genichi Taguchi trabajó en el desarrollo de los principios del Diseño Robusto (RD). Optimizar el producto desde el punto de vista del proceso de fabricación.

1950

• Profesores Japoneses desarrollan otra de las técnicas de la IC. El Despliege de la Función de Calidad (QFD): reconoce el papel del cliente para el éxito económico del producto y planteaba que el diseño debe ser realizado por un equipo compuesto de las diferentes áreas de la empresa.

1960

• Surgió el término de Ingeniería del Ciclo de Vida, engloba todas las etapas por las que pasa un producto para que el producto sea compatible con todas estas etapas: surgimiento de la necesidad y de la idea, diseño del producto, fabricación y ensamble, uso y servicio, retirado y reciclado.

1980

• Surge el término Ingeniería Concurrente como la plataforma que engloba a todas las técnicas que se utilizan para desarrollar productos robustos, de alto valor en todas las etapas de su ciclo de vida.

1986

El enfoque Tradicional Las organizaciones orientan sus procesos

de una manera secuencial tanto para su ejecución como para su planeación. Los proyectos avanzan en forma lineal y la responsabilidad pase por diferentes departamentos sin coordinación efectiva.

Tiende a separar las dos funciones (Diseño y manufactura).

El área de diseño de productos crea el nuevo diseño, en ocasiones sin tomar mucho en cuenta la capacidad de manufactura que posee. Hay poca interacción entre los ingenieros de diseño y los de manufactura que podrían brindar consejo sobre estas capacidades y cómo podría alterarse el diseño de productos para integrarla.

Ingeniería Concurrente La ingeniería concurrente se refiere a un

enfoque para el diseño de productos en el cual las compañías intentan reducir el tiempo que se requiere para llevar un nuevo producto al mercado, integrando ingeniería de diseño, ingeniería de manufactura y otras funciones en la compañía.

La planeación de manufactura empieza cuando el diseño del producto se está creando y trabaja en un conjunto donde se retroalimentan todos los datos.

La ingeniería de manufactura se involucra muy pronto en el ciclo de desarrollo del producto. Además, también implica otras funciones, como el servicio en campo, la ingeniería de calidad, los departamentos de manufactura, los vendedores que abastecen los componentes y en algunos casos los clientes.

El diseño concurrente requiere la incorporación de dos conceptos básicos: la integración y la sincronización, ambos fundamentales para la conectividad requerida por el equipo.

El principio básico es evitar los ciclos repetitivos en el proceso de diseño y desarrollo de productos. La meta es concentrar la mayor cantidad de cambios y modificaciones en las fases iniciales y ayudar para que el trabajo realizado no requiera postprocesos en ninguna de sus fases posteriores.

Objetivos y ventajas Reducir tiempo y costo en el proceso de

desarrollo del producto. Elevar la productividad. Aumentar la flexibilidad. Mejorar la utilización de los recursos. Aumentar la calidad. Aumentar flexibilidad de la organización. Rápida toma de decisiones. Efectividad en todos los departamentos de

la empresa.

Comparación de ciclo tradicional y creación de productos usando ingeniería concurrente

Ingredientes de la Ingeniería Concurrente

Diseño para la manufactura y el ensamble: Mas importante ya que tiene el mayor impacto en los costos de producción y en el tiempo de desarrollo del producto. Las técnicas de fabricación que se van a utilizar, de una manera eficiente que significa bajos costos y la mejor calidad posible.

Diseño para la calidad: Creciente importancia de la calidad en la competencia internacional y éxito de empresas con productos de alta calidad.

Diseño para el ciclo de vida: Se refiere al producto después que se ha fabricado. Un producto puede implicar un costo significativo para el cliente, más allá del precio de compra. El diseño debe tener en cuenta el mantenimiento como parámetro importante, los costos del mantenimiento y la reparación, las piezas de repuesto.

Diseño para el costo del producto: Se refiere a los esfuerzos de la compañía por identificar el impacto de las decisiones de diseño sobre los costos generales de los productos y por controlar éstos mediante un diseño óptimo.

Elementos de apoyo a la IC

Herramientas

• Diseño y fabricación asistidas (CAD/CAM)

• Simulación numérica (CAE)

• Ensayos (CAT)• Diseño y

desarrollo modular

• Sistemas electronicos de administración de datos (EDM)

Técnicas

• Benchmarking (Procesos de mejora)

• Mejora continua• Justo a tiempo

(JIT)• Diagrama Causa-

Efecto• Diseño de

experimentos (DOE)

• Diseño para la manufactura y ensamble (DFM y DFA)

Es crucial para el éxito de la IC que la comunicación e información fluyan entre los expertos. Expertos en maquinaria diseñan los centros de trabajo y determinan las herramientas de máquina más apropiados según los requisitos de diseño; los expertos en ensamble se anticipan a los posibles problemas de ensamble; los expertos en calidad participan con el diseño de mecanismos para el control de la calidad; y así sucesivamente.

El grupo funcional no debe adoptar una estructura jerárquica sino matricial.

Organización

Metodología y desarrollo de nuevos productos basados en IC

CASO “TOYOTA” INGENIERÍA CONCURRENTE

Toyota, es un fabricante de automóviles japonés con sede en Toyota (Aichi), Japón. Toyota fue el mayor fabricante de automóviles en 2012 (por producción) y tuvo ventas mundiales aproximadas de 9,8 millones de vehículos.

COSTOS: Con la implementación de la IC, Toyota ha logrado relacionar de modo funcional todas sus áreas (Diseño, Marketing, distribución de la planta, ensayos), para finalmente obtener un producto mas efectivo y eficiente disminuyendo los largos plazos de desarrollo y costos de fabricación.

ESTRATEGIA Y COMPETITIVIDAD: Se ha logrado que la información intercambie entre departamentos (Diseño y producción). Mantener relaciones con los proveedores mejorando la calidad del producto, reduciendo la probabilidad de cambios entre fases importantes del proceso. Superando las expectativas del cliente para satisfacer a un mercado competitivo y cambiante.

INNOVACIÓN TECNOLÓGICA: Toyota se ha convertido  en uno de los  líderes más importante en el mercado por el concepto de producto que maneja, todo esto ha sido posible a las constantes mejoras en sus áreas. Tiempo entre diseño se redujo a 24 meses de 36 que se implementaba y con diseños innovadores.

OPERACIONES DE PRODUCCIÓN DE

PROTOTIPOS RÁPIDOS

OPERACIONES DE PRODUCCIÓN DE PROTOTIPOS RÁPIDOS

• En el desarrollo de un nuevo producto existe la necesidad invariable de producir un ejemplo único, o prototipo, de la parte (o sistema) diseñada, antes de asignar grandes cantidades de capital para nuevas instalaciones de producción o líneas de ensamble. Las razones principales de esta necesidad son el costo del capital, que es muy alto, y el tiempo que tarda el preparar los herramentales de producción. Por lo tanto, se requiere un prototipo de trabajo para evaluar el diseño y resolver problemas antes de que un producto o sistema complejo quede listo para su producción y comercialización.

DEFINICIÓN DE PROTOTIPO

• Un prototipo es un modelo (representación, demostración o simulación) fácilmente ampliable y modificable de un sistema planificado, probablemente incluyendo su interfaz y su funcionalidad de entradas y salidas.

TIPOS DE PROTOTIPO• Baja Fidelidad vs. Alta Fidelidad

• Baja Fidelidad: conjunto de dibujos (por ejemplo, una presentación de escenarios) que constituye una maqueta estática, no computarizada y no operativa de una interfaz de usuario para un sistema en planificación.

• Alta Fidelidad: conjunto de pantallas que proporcionan un modelo dinámico, computarizado y operativo de un sistema en planificación.

• Exploratorio vs. Experimental vs. Operacional

• Exploratorio: prototipo no reutilizable utilizado para clarificar las metas del proyecto, identificar requerimientos, examinar alternativas de diseño o investigar un sistema extenso y complejo.

• Experimental: prototipo utilizado para la validación de especificaciones de sistema

• Operacional: prototipo iterativo que es progresivamente refinado hasta que se convierte en el sistema final.

¿QUE ES EL PROTOTIPADO RÁPIDO? .

• El Prototipado Rápido se puede concebir como un conjunto de tecnologías, que permiten la obtención de prototipos en la mayoria de casos en menos de 24 horas a partir de un fichero CAD. Consecuencia de esta rapidez de respuesta, es que el tiempo de desarrollo de un producto puede reducirse a la mitad, la quinta e incluso la décima parte.

• El prototipado rápido (RP por “Rapid Prototipe”) da la posibilidad de efectuar, en un tiempo relativamente corto, diversas pruebas de geometrías distintas para una pieza, validar la geometría definitiva, y acometer la producción en serie rápidamente, con unos costes de desarrollo lo más ajustados posibles. La complejidad de las piezas o la confidencialidad de los prototipos son también argumentos frecuentes a la hora de optar por el RP.

En la figura se esquematizó un proceso común de desarrollo de productos. Un proceso iterativo ocurre de manera natural cuando:

• Se descubren errores.

• Se obtienen soluciones de diseño, mejores o más eficientes a partir del estudio de un prototipo. Sin embargo, el problema principal de este enfoque es que la producción de un prototipo puede consumir demasiado tiempo; la preparación de los herramentales puede llevar muchos meses y la fabricación de una sola parte complicada mediante operaciones de manufactura convencionales puede ser muy difícil. Además, mientras se prepara el prototipo, las instalaciones y el personal siguen generando costos.

Un problema aún más importante es la velocidad a la que un producto pasa de ser un concepto a convertirse en un artículo listo para su comercialización.

• Una tecnología que acelera en gran medida el proceso iterativo de desarrollo de productos es la producción rápida de prototipos (RP, por sus siglas en inglés),.

• A mediados de la década de 1980 empezó el desarrollo de la producción de prototipos rápidos. Las ventajas de esta tecnología son las siguientes:• Se pueden manufacturar modelos físicos de partes a partir de

archivos de datos CAD en cuestión de horas

• Con los materiales adecuados, el prototipo se puede utilizar en operaciones de manufactura posteriores para producir las partes finales..

• Las operaciones de producción de prototipos rápidos pueden utilizarse con el propósito de fabricar herramentales reales para operaciones de manufactura

A. PROCESOS SUSTRACTIVOS

• Tradicionalmente, fabricar un prototipo ha comprendido una serie de procesos mediante una variedad de herramentales y máquinas que, por lo general, requieren desde semanas hasta meses, lo que depende de la complejidad y el tamaño de la parte. Este método exige operadores capacitados que remuevan material por medio de las operaciones de maquinado y acabado, una por una, hasta concluir el prototipo. Para acelerar esta labor, los procesos sustractivos emplean cada vez más tecnologías asistidas por computadora, como las siguientes:

• Paquetes de dibujo asistidos por computadora, que pueden producir representaciones tridimensionales de las partes.

• Programas (software) de interpretación, que pueden traducir el archivo CAD a un formato utilizable por programas de manufactura.

• Programas (software) de manufactura, que tienen la capacidad de planear las operaciones requeridas para producir la forma deseada.

• Maquinaria de control numérico por computadora, con las capacidades necesarias para producir las partes.

B. PROCESOS ADITIVOS

Todas las operaciones de producción de prototipos rápidos aditivos forman las piezas en capas; como se resume en la tabla 20.1, consisten en estereolitografía, modelado por deposición de material fundido, manufactura de partículas balísticas, impresión tridimensional, sinterización láser selectiva y manufactura de objetos laminados. Para visualizar la metodología utilizada piénsese en el pan de caja, con las rebanadas individuales colocadas una encima de la otra. Todos los procesos descritos en esta sección construyen partes, rebanada por rebanada. La diferencia principal entre ellos estriba en el método de producción de las rebanadas individuales, que por lo general son de 0.1 mm a 0.5 mm (0.004 a 0.020 pulgada) de espesor y pueden ser más gruesas en algunos sistemas.

• Debe reconocerse que las operaciones de configuración y acabado son muy intensas en cuestión de mano de obra y que el tiempo de producción sólo es una fracción del tiempo requerido para obtener un prototipo. Sin embargo, en general, los procesos aditivos son mucho más rápidos que los procesos sustractivos, ya que sólo requieren desde unos pocos minutos hasta unas cuantas horas para producir una parte.

a. Modelado por deposición de material fundido

• En el proceso de modelado por deposición de material fundido (FDM, por sus siglas en inglés), (fig. 20.3), una cabeza extrusora controlada por un robot tipo gantry (colgado en un puente o sobre rieles) se mueve en dos direcciones principales sobre una mesa; ésta se puede subir o bajar, según se requiera. Se extruye un filamento termoplástico o de cera a través del pequeño orificio de la matriz caliente. La capa inicial se coloca sobre una base de espuma, extruyendo el filamento a una velocidad constante, mientras que la cabeza del extrusor sigue una trayectoria predeterminada (ver fig. 20.2d). Al concluir la primera capa, la tabla se baja, de manera que se puedan sobreponer capas adicionales.

b. Estereolitografía

• Un proceso muy común de producción de prototipos rápidos, que en realidad se desarrolló antes del modelado por deposición de material fundido, es la estereolitografía (SLA, por sus siglas en inglés). Este proceso (fig. 20.5) se basa en el principio de curado (endurecimiento) de un polímero líquido que, al hacerlo, adquiere una forma específica. Un depósito que contiene un mecanismo por el cual se puede subir o bajar una plataforma se llena con un polímero fotocurable de acrilato líquido. El líquido es una mezcla de monómeros de acrílico, oligómeros (polímeros intermedios) y un fotoiniciador (compuesto que experimenta una reacción al absorber luz).

• La tolerancia más pequeña que se puede obtener con la estereolitografía depende de la agudeza del foco del láser; por lo general, es de 0.0125 mm (0.0005 pulgada). Las superficies oblicuas también pueden ser de muy alta calidad.

c. Sinterización láser selectiva• La sinterización láser selectiva (SLS, por sus siglas en inglés) es un

proceso que se basa en la sinterización de polvos no metálicos o (menos común) metálicos, como un objeto individual.

• Las máquinas de sinterización láser selectiva que 3D Systems comercializa se conocen como impresoras tridimensionales, aunque este término se ha asociado históricamente con la manufactura de partículas balísticas (sección 20.3.4). En la figura 20.7 se muestran los elementos básicos de este proceso. El fondo de la cámara de procesamiento está equipado con dos cilindros:

• Un cilindro de alimentación de polvo, que se eleva progresivamente para suministrar polvo al cilindro de la parte construida mediante un mecanismo de rodillo.

• Un cilindro de la parte construida, que baja progresivamente conforme se forma la parte

• Primero se deposita una capa delgada de polvo en el cilindro de la parte construida.

• Después se enfoca sobre dicha capa un rayo láser guiado por una computadora de control de proceso según las instrucciones que genera el programa tridimensional de CAD de la parte deseada, trazando y sinterizando una sección transversal en particular como masa sólida. El polvo en las otras áreas permanece suelto, aunque soporte la parte sinterizada. Después se deposita otra capa de polvo; este ciclo se repite una y otra vez hasta que se produce toda la parte tridimensional. Las partículas sueltas se sacuden y se recupera la parte. Ésta ya no requiere curado adicional, a menos que sea un cerámico que deba someterse a cocción para desarrollar resistencia.

4. Producción De Prototipos Virtuales

• La producción de prototipos virtuales es una forma de fabricar prototipos sólo mediante programas de cómputo (software); utiliza gráficas avanzadas y ambientes de realidad virtual que permiten a los diseñadores examinar una parte. Esta tecnología se usa en los paquetes comunes y convencionales de CAD para reproducir una parte, de manera que el diseñador pueda observarla y evaluarla conforme se dibuja. Sin embargo, debe reconocerse que los sistemas de producción de prototipos virtuales son casos extremos de reproducción de detalles.

• Las formas más simples de dichos sistemas utilizan programas complejos y rutinas de gráficos tridimensionales que permiten a los visualizadores cambiar la vista de las partes en una pantalla de computadora. Las versiones más complicadas emplean cascos y guantes de realidad virtual con detectores apropiados que permiten al usuario observar un prototipo de la parte deseada generado por computadora, en un ambiente totalmente virtual.