Entender y organizar la complejidad de un sistema de manufactura es crítico para su diseño. Identificar los factores externos y sus elementos internos es importante para mostrar una visión holística del sistema; uno de los objetivos del proceso de diseño es no dejar fuera ninguna variable o elemento que tenga influencia en el sistema.

Dentro de este contexto un sistema de manufactura es influenciado desde fuera por factores externos (“externalidades”), mientras que hacia adentro puede ser considerado o modelado como un sistema de múltiples agentes o elementos. Dichos elementos pueden ser físicos como los productos, los dispositivos de sujeción o los robots en una línea de ensamble; otros pueden ser no físicos, pero también influyen en el diseño y operación del sistema, como aquellos relacionados con las estrategias y paradigmas de producción. Entender la función de cada uno de estos agentes y su posible configuración es necesario para desarrollar el diseño de un sistema de manufactura competitivo.

Preguntas detonadoras o de reflexión:

¿Sabías que las líneas de producción o ensamble tienen múltiples artefactos tecnológicos que interactúan con personas, por lo que son considerados sistemas sociotécnicos complejos?

6.1 Factores externos (globalización, volatilidad del mercado)

Se representa a los sistemas de manufactura por dos dominios o subsistemas:

• El sistema de manufactura que está ubicado a nivel línea de producción.
• Los sistemas de soporte a la manufactura que están ubicados a nivel empresa.

En este curso se profundizará en el diseño de los sistemas de manufactura a nivel línea de producción. Para tal efecto se realizará una modelación más detallada de los agentes o elementos que componen a este sistema de manufactura.

Basado en la teoría de modelación por multiagentes o manufactura holónica , un sistema de manufactura puede ser modelado o representado como un sistema compuesto de múltiples agentes (Figura 1):

• Agentes físicos: son aquellos elementos físicos que componen al sistema de manufactura, entre los que se destacan productos, equipos de proceso, equipos de sujeción, equipo de trasferencia y equipo de control.
• Agentes no físicos: son estrategias o paradigmas que influyen en el diseño y configuración del sistema de manufactura (como el layout) o en el enfoque de las prioridades para la optimización del sistema durante la vida del sistema de producción.

Entorno-Factores externos

Figura 1. El sistema de manufactura, sus agentes y factores externos
Fuente: Groover, Mikell P. (2007). Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing (3^a ed.). EE.UU.: Prentice Hall

Un agente o holón es definido como un componente del sistema con funciones propias y habilidades que interaccionan con otros componentes del sistema. Dichos agentes o componentes pueden ser considerados físicos o sin cuerpo físico.

Hacia el exterior un sistema de manufactura es influido por el entorno (Figura 1); a estas variables de influencia se les llama factores externos.

De acuerdo al reporte de la empresa consultora KPMG de 2013 (Figura 2) referente a “La Encuesta Ejecutiva Automotriz Global” se identifican los factores externos más importantes, los cuales son descritos a continuación:

Haz clic en cada botón para ver su descripción.

6.2 Agentes físicos (nuevos productos, nuevas tecnologías)

A continuación se describen los principales agentes físicos con sus respectivas funciones dentro del sistema de manufactura:

Producto

Imagen obtenida de bizlocallistings.com Solo para fines educativos.

Está asociado al artículo, objeto o bien que se produce. Puede ser un ensamble complejo (como un auto), un subensamble (un módulo de puerta) o un componente (una bisagra de la puerta).

El producto está asociado normalmente a unas formas geométricas con requerimientos dimensionales y tolerancias; con requerimientos de desempeño, durabilidad y otros requisitos particulares de calidad, seguridad, etcétera.

Para cumplir con los requerimientos anteriores un producto está asociado a materiales y procesos de manufactura que definen su perfil de propiedades, desempeño y costo.

Un ensamble complejo como un automóvil contiene múltiples subensambles y componentes. También demanda múltiples materiales y estaciones de producción. Con el fin de organizar los componentes, materiales y sus respectivas especificaciones se recurre al desarrollo del BOM (Bill of Material) de ingeniería, que tiene como finalidad desglosar y detallar cada uno de los componentes y materiales del producto.

Tecnologías de sujeción

Los dispositivos de sujeción, también conocidos como Fixtures, Jigs o Pallets, tienen la principal función de sujetar al producto asegurando su integridad dimensional mientras o durante la ejecución de un proceso. Por ejemplo, los dispositivos de sujeción requeridos para sujetar los componentes metálicos de un ensamble de puerta mientras se desarrolla el proceso de soldadura requerido para unir estos componentes y formar un subensamble de puerta.

Tecnologías de proceso

Las tecnologías de proceso son equipos o sistemas con herramientas que transforman o dan valor agregado a la operación de un material, una pieza de trabajo o el ensamble de un producto. Estos procesos alteran la forma, propiedades o apariencia, con la finalidad de agregar valor a la pieza de trabajo o producto. Pueden ser, por ejemplo, tecnología de proceso de soldadura por puntos utilizado para ensamblar la carrocería metálica de un auto, o los procesos de maquinado relacionado con la producción de componentes del tren motriz de un automóvil.

Tecnologías de automatización de proceso

Las tecnologías de proceso pueden ser aplicadas de forma manual o de forma automática; por ejemplo, la aplicación de soldadura por puntos manual y su versión automática, que sería la soldadura de puntos con robot. Otro ejemplo podría ser la aplicación de roscado en un perno con una herramienta de forma manual y su versión automática hecha en una maquina CNC.

Tecnologías de transferencia o manejo

La función de los sistemas de manejo en un sistema de manufactura discreto es transferir el producto de una estación a otra. Al igual que en las tecnologías de proceso se encuentran equipos de transferencia manual, como grúas, rampas deslizantes o polipastos manuales; su versión automática equivalente sería la transferencia con robot o conveyor electromecánico.

Tecnologías de control

En temas anteriores se asoció a los sistemas de control como un agente importante de los sistemas automáticos. Dentro de esta categoría se ubican los controladores lógicos programables (PLC) y las redes de comunicación industrial. La, tecnología de control tiene la función de coordinar la secuencia de operación y mantener el ritmo de una línea de producción; es decir, permiten coordinar la interacción entre los diferentes agentes del sistema, por ejemplo controlar la secuencia de ensamble en una estación de producción, tal y como sigue:

1. Colocar la pieza en el sistema de sujeción (fixture).
2. Fijar la pieza al sistema de sujeción (clamp).
3. Los robots entran a soldar el ensamble.
4. Los robots terminan de soldar el ensamble.
5. Liberar la pieza del sistema de sujeción.
6. Transferir el producto a la siguiente estación.
7. Repetir ciclo.

Figura 3. Celda para ensamble de estructuras automotrices de carrocería con sus respectivos agentes físicos
Fuente: ABB (S/F). Celda Modulflex. Recuperado de
http://www.abb.com/industries/db0003db001875/e7889874f8a62899c125715b003a2e22.aspx
Solo para fines educativos

6.3 Agentes no físicos (estrategias, paradigmas de manufactura)

A continuación se describen los principales agentes no físicos con sus respectivas influencias en el diseño y operación de los sistemas de manufactura:

• Paradigma de producción: Este paradigma está asociado con la estrategia de producción adoptada; por ejemplo, puede ser producción en serie, producción por lotes y producción personalizada.
• Paradigma de diseño: Este paradigma se relaciona con la filosofía de diseño que se aplicará al desarrollo del sistema de manufactura. Por ejemplo, diseño de un sistema reconfigurable, diseño de un sistema flexible o el diseño de un sistema adaptable o reprogramable.
• Paradigma de la operación: Este paradigma se vincula con el enfoque de optimización que se aplicarán a los sistemas de producción; por ejemplo, enfoque en la optimización de tiempos y movimientos, enfoque en la optimización de la calidad, enfoque en la eliminación del desperdicio (enfoque lean)

Revisaste que el diseño de un sistema de manufactura es influenciado tanto por factores externos—como las tendencias de los mercados y la evolución de los agentes internos—como por las tecnologías y los paradigmas de manufacturas. Normalmente los factores externos tienen influencia en la definición de las necesidades del cliente, mientras que los agentes internos tienen influencia en el diseño del sistema de manufactura emergente que tiene que ser capaz de cumplir y adaptarse a los requerimientos del cliente. También viste la importancia de conocer la función de los diferentes agentes dentro del sistema de manufactura para conseguir el diseño de un sistema de producción técnico y económicamente factible.

Revisa a continuación el Checkpoint: