Contexto
El diseño de un producto debe considerar la factibilidad para poder manufacturarse. Ésta tiene que ser prevista desde la etapa temprana del diseño del producto y ser revisada en las etapas siguientes, previas a la producción del mismo. Es por medio de ingeniería simultánea o concurrente que se pueden conseguir los objetivos de desempeño, tanto del producto como de la producción. Esta tarea es importante para lograr los tiempos, calidad y costos objetivo asociados al desarrollo y lanzamiento al mercado de un nuevo producto.
Uno de los factores que influencian la manufactura de un producto es la correcta selección de las tecnologías de proceso con las que se va a fabricar o ensamblar el producto. Estas tecnologías están relacionadas a los materiales y requerimientos del producto, pero también influyen en los costos y los niveles de automatización y flexibilidad del sistema de manufactura.
Los procesos de manufactura son considerados el corazón de un sistema de manufactura, por ser las tareas que agregan valor a un producto. Es en esta tarea donde la automatización juega un rol importante. Los robots industriales son los elementos de automatización principales en las tareas de aplicación de proceso, por lo que su correcta selección es crítica para conseguir los objetivos de calidad y costo.
Preguntas detonadoras o de reflexión:
¿Conoces los criterios para la selección de una tecnología de proceso o un robot industrial?
Explicación
7.1 Diseño para manufactura
En esta sección la interpretación del diseño se refiere al detallado de los materiales, las formas y las tolerancias de los componentes de un producto. Esta etapa del desarrollo comienza con dibujos a mano alzada para después moverse al del diseño auxiliado por computadora (CAD), en donde los diseños de detalle y los dibujos de los ensambles son realizados. Tradicionalmente estos dibujos son posteriormente entregados a los ingenieros de manufactura o ensamble, cuya responsabilidad es la selección y optimización del proceso usado para producir el producto final. Frecuentemente en esta etapa se identifican problemas de ensamble y manufactura, que se envían como requerimiento de ajuste al diseño del producto. Algunas veces estos cambios requeridos son mayores, lo que impacta negativamente en los costos y los tiempos de desarrollo.
La actitud tradicional de los diseñadores era “yo lo diseño y tú lo fabricas”; una de las alternativas para evitar este tipo de problemas es consultar continuamente a los ingenieros de manufactura durante la etapa de diseño. El trabajo en equipo elimina muchos de los conflictos que podrían surgir. Estos equipos de ingeniería concurrente requieren herramientas de diseño y análisis que les ayuden a evaluar las propuestas de diseño de un producto, desde el punto de vista de complejidad de la manufactura y costo.
Existe un factor multiplicativo, es decir, de acuerdo a Ford y GM por cada componente del producto existen en promedio 1000 partes en el equipo de manufactura. Esos componentes son partes de los equipos de proceso, herramentales de ensamble, transportadores, robots, clamps, etcétera.
Pero, ¿por qué el diseño para manufactura (DFM) o diseño para ensamble (DFA) es importante?
Figura 1. Etapas del desarrollo del producto afectadas por el diseño para la manufactura-DFM
Enseguida se enlistan los métodos y herramientas para implementar DFM:
Figura 2. Herramientas CAD/CAE que apoyan el diseño para la manufactura-DFM
(Imagen obtenida de http://www.cad-cae.com/...
Solo para fines educativos)
Figura 3. Herramientas de proceso y operación que apoyan el diseño para la manufactura-DFM DFM
(Imagen obtenida de http://www.interempresas.net/...
Solo para fines educativos)
Aunque el curso está enfocado en el diseño de los sistemas de manufactura, a continuación se listan algunos criterios relacionados con el diseño del producto o ensambles. Piensa esto sólo como un resumen de los atributos que un ingeniero de diseño del producto tiene que considerar durante la etapa de desarrollo del producto. Algunos de estos atributos tienen relación directa con las tecnologías y diseño de los sistemas de producción.
Alternativas para el desarrollo de componentes, productos o ensambles discretos:
Criterios para la selección del material:
7.2 Procesos de manufactura
Una vez entendida la importancia del diseño para manufactura en el desarrollo de un producto es importante conocer los procesos empleados en su fabricación, al igual que su diseño. El conocimiento de las tecnologías de proceso y los criterios de selección de estas tecnologías son tareas importantes dentro del diseño de los sistemas de manufactura automatizados.
Dentro de la taxonomía de los procesos discretos se puede considerar la siguiente subtaxonomía:
Procesos de formado: son aquellos procesos que transforman un material en componentes con formas específicas, como los siguientes.
Procesos de ensamble: son aquellos procesos orientados a la unión de componentes para transformarlos en ensambles más complejos; algunos ejemplos de estos procesos se muestran a continuación:
Procesos de corte: son aquellos procesos orientados a la remoción de material en formas diversas. Algunos ejemplos de estos procesos son los siguientes:
Procesos de pintura: son procesos para acabado o recubrimiento de compontes o ensambles, expuestos a agentes de desgaste superficial como la corrosión; por ejemplo la pintura de las carrocerías automotrices.
Procesos de maquinado: son procesos de arranque de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión. Algunos de ellos son el taladrado, rimado, fresado, pulido, etcétera. Los procesos de maquinado son utilizados en la fabricación de los componentes del tren motriz de un automóvil.
A continuación se enlistan algunos de los criterios más importantes para la selección de una tecnología de proceso:
Figura 4. Diversas estaciones de proceso de una línea de ensamble de carrocería automotriz. Imagen obtenida de http://www.ifm.com/
Sólo para fines educativos.
La aplicación robots en la industria es quizás la alternativa de automatización por excelencia, por tal motivo se le pondrá atención especial a este agente de los sistemas automáticos.
Un robot es un agente flexible, reprogramable, rápido y preciso , estas características lo hacen atractivo para ser considerado en el diseño de sistemas automáticos discretos
A continuación se mencionan las razones principales de la aplicación de los robots en la industria, incluyendo algunos ejemplos típicos:
Figura 5. Diversas aplicaciones de los robots industriales. Imagen obtenida de http://robot.fanucamerica.com/...
Sólo para fines educativos
7.3 Robótica y automatización de procesos
Un robot industrial es una maquina programable de aplicación o propósito general que posee algunas características antropomórficas, entre las que destacan las siguientes:
Al igual que las máquinas de CNC, los robots involucran el control coordinado de múltiples ejes, utilizando computadores digitales dedicados, como controladores.
Los robots son diseñados para automatizar una gran variedad de tareas, como soldadura por puntos en la fabricación de carrocerías de automóvil, pintura, manejo de material, etcétera.
Otras ventajas del uso de robots en aplicaciones industriales son éstas:
Un manipulador robótico puede dividirse en 2 secciones: un ensamble del brazo y un ensamble de la muñeca. Hay normalmente 3 ejes o grados de libertad asociados con el brazo y 2 o 3 ejes o grados de libertad asociados con la muñeca. En el extremo de la muñeca normalmente se encuentra la herramienta de trabajo —end effector o el EOA— que es con la que el robot realiza sus tareas u operaciones de trabajo o proceso correspondientes.
Las configuraciones principales de los brazos robóticos industriales se muestran a continuación:
Figura 6. Robot con configuración polar
Fuente: Groover, Mikell P. (2007). Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing (3a ed.). EE.UU.: Prentice Hall
Figura 7. Robot con configuración cilíndrica
Fuente: Groover, Mikell P. (2007). Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing (3a ed.). EE.UU.: Prentice Hall
Figura 8 Robot con configuración cartesiana
Fuente: Groover, Mikell P. (2007). Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing (3a ed.). EE.UU.: Prentice Hall
Figura 9. Robot con configuración articulada
Fuente: Groover, Mikell P. (2007). Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing (3a ed.). EE.UU.: Prentice Hall
Figura 10. Robot SCARA
Fuente: Groover, Mikell P. (2007). Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing (3a ed.). EE.UU.: Prentice Hall
Figura 11. Configuraciones típica de robots industriales
Imagen obtenida de http://www.motoman.com/...
Sólo con fines educativos
Configuración de la muñeca del robot: la muñeca es usada para conseguir la orientación final de la herramienta de trabajo o EOA. La figura 12 muestra la configuración típica de una muñeca de un robot industrial. Aquí se pueden distinguir 2 articulaciones de rotación (yaw & pitch) y una más de giro (roll)
Figura 12. Configuración típica de una muñeca de robot industrialFuente: Groover, Mikell P. (2007). Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing (3a ed.). EE.UU.: Prentice Hall
Figura 13. Típicos diseños de garras robóticas usadas en líneas de ensamble automotriz
(ABB catalogue for Body in White fixtures and end effector tooling)
Solo con fines educativos
Principales atributos a considerar en la selección de un robot:
Cierre
Es fundamental conocer el diseño para manufactura (DFM), así como su importancia e influencia en las diferentes etapas del desarrollo del producto. Esto ayuda a identificar las estrategias y herramientas a utilizar para implementarlas en una empresa.
En el caso de la industria automotriz es importante conocer los requerimientos del diseño del producto, para seleccionar las principales tecnologías de proceso que ayuden a cumplir con los estándares de calidad y posteriormente definir el brazo robótico que cumpla con dichos requerimientos.
Revisa a continuación el Checkpoint:
Asegúrate de comprender:
Referencias