Procesos industriales i parte i

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    24-Jun-2015

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<ul><li> 1. Elaborado por: Ing. Gabriel H. Daz Moreno </li></ul><p> 2. INTRODUCCIN PROCESO: Actividades lgicamente establecidas para convertir entradas en salidas, utilizando unos recursos (capital, mano de obra, maquinas herramientas, energa, etc.) y haciendo controles (control de proceso, control Figura 1. Esquema de un proceso industrial QU ES MANUFACTURA? La palabra manufactura se deriva de las palabras manus (manos) y factus (hacer); esta combinacin de trminos significa hacer con las manos. Gran parte de la manufactura moderna se realiza con maquinaria computarizada y automatizada supervisada manualmente. Los procesos necesarios para manufactura se determinan en gran parte por el material con que se fabrica la parte. El diseador del producto selecciona el material con base en los requerimientos funcionales. Una vez seleccionado el material, la eleccin de los procesos posibles se delimita considerablemente. La manufactura puede definirse de dos maneras: Manufactura tecnolgica: es la aplicacin de procesos qumicos y fsicos que altera la geometra, las propiedades o el aspecto de un determinado material para elaborar partes o productos terminados. Los procesos para realizar la manufactura involucran una combinacin de mquinas, herramientas, energa y trabajo manual. Cada una de ellas lleva al material cada vez ms cerca del estado final deseado. Figura 2. Elementos involucrados en la manufactura tecnolgica La manufactura tecnolgica tiene relacin directa con las propiedades tecnolgicas de los materiales que se van a procesar. Manufactura econmica: es la transformacin de materiales en artculos de mayor valor, a travs de una o ms operaciones o procesos de ensamble. 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 ms valioso mediante las operaciones de manufactura que se ejecutan sobre l. Figura 3. Elementos involucrados en la manufactura econmica. El costo de un producto depende de las inversiones o gastos que se generan en cuanto al consumo de materias primas maquinas, mano de obra y otros gastos generales. Puede afirmarse que el objetivo de la manufactura econmica radica en el generar un producto bajo cierto beneficio, Esto nos infiere que el costo debe ser aceptable y competitivo; tambin que debe existir una demanda para el producto o ms aun, esta demanda debe crearse. Procesos de manufactura Valor agregado Material en proceso Materia l inicial Material procesad o PROCESOENTRADAS SALIDAS RECURSOS CONTROLES Materia prima Procesos de manufactura Material procesado Maquinaria, Energa, mano de obra, Herramientas, etc. Desechos y desperdicios 3. Desde que se empezaron a utilizar maquinas y herramientas siempre ha habido un gradual pero constante avance hacia la construccin de maquinaria ms eficiente, sea combinado con operaciones o hacindolas ms independientes de la operatividad humana, reduciendo los tiempos de maquinado y el costo de mano de obra. Algunas se han convertido en maquinas completamente automticas que su sistema de control es muy reducido. CAPACIDAD DE MANUFACTURA Una planta de manufactura consiste en un conjunto de procesos y sistemas (y desde luego trabajadores) diseados para transformar una cierta clase limitada de materiales en productos con valor agregado, cuya capacidad est determinada por tres aspectos: capacidad y aptitud tecnolgica del proceso, tamao fsico y peso del producto, y capacidad de produccin. Capacidad tecnolgica de proceso: es el conjunto de procesos de manufactura del cual dispone una empresa. La caracterstica fundamental que distingue a estas plantas son los procesos que puede realizar. La capacidad tecnolgica de proceso est relacionada estrechamente con el tipo de material. La capacidad tecnolgica de proceso incluye no solamente los procesos fsicos, sino la competencia del personal de planta en dichas tecnologas de proceso. Limitaciones fsicas del producto: los productos de gran tamao son difciles de manejar para lo cual se requieren sistemas de transporte de gran tamao como puente gras o elevadores a la vez que se requiere de espacio suficiente para su almacenamiento. Los productos pequeos son ms fciles de manejar pero requieren sistemas giles y eficientes de transporte. Capacidad de produccin: es la mxima velocidad de produccin que una planta puede lograr bajo condiciones dadas de operacin. La condiciones de operacin se refiere al nmero de turnos de trabajo, horas turno, etc. La capacidad de la planta se mide generalmente en trminos de unidades producidas. MATERIALES: Los materiales empleados en los procesos de manufactura se clasifican de la siguiente manera: Metales (ferrosos y no ferrosos): los metales usados en los procesos de manufactura son comnmente aleaciones. Ejemplos: acero, hierro colado, aleaciones de aluminio, cobre, oro, plata, etc. Cermicos: Los materiales cermicos abarcan una gran variedad de materiales tradicionales y modernos. La arcilla, los carburos y los nitruros. Los materiales cermicos pueden dividirse, para propsitos de proceso, en: cermicos cristalinos y vidrios. Polmeros: se dividen en tres categoras: termoplsticos (polietileno, poliestireno, cloruro e polivinilo y nylon), termofijos (resinas, bakelita, lucita) y elastmeros (caucho, siliconas y el poliuretano). Compuestos: naturales como la madera o el algodn, y sintticos como la fibra de vidrio, el Kevlar, y los carburos de tungsteno. LA EMPRESA DE MANUFACTURA El proceso de realizacin del producto incluye un nmero de actividades interconectadas que van desde satisfacer las necesidades del cliente, pasando por las diferentes etapas del diseo (conceptual, producto, proceso), hasta finalizar con la satisfaccin del cliente. Desarrollo de especificaciones En muchas formas, sta es la fase ms importante. Las necesidades se definen en trminos de funcin, desempeo, restricciones de tiempo, costo y otros criterios. Las PROCESOS INDUSTRIALES I 4. especificaciones que no cumplen con las necesidades del consumidor conducen a la falla del producto. Por lo tanto, no se necesitan un exceso en el desempeo ni una vida desmedida, pero el primero se debe optimizar. Diseo conceptual del producto sta es la fase ms creativa: el producto se disea en bosquejos generales para cumplir su funcin, es decir, para operar satisfactoriamente a lo largo de su vida esperada y para cubrir las necesidades del cliente. En esta etapa no se necesitan dibujos detallados; es suficiente hacer bosquejos conceptuales que muestran las partes y la relacin de una con otra. Se hacen elecciones preliminares de materiales y, puesto que stos siempre influyen en el proceso, los procesos de produccin se identifican tentativamente. Diseo del producto El producto, ya sea una mquina herramienta, mquina domstica, producto de construccin, automvil, aeronave, planta qumica de procesamiento, estacin de potencia, equipo de perforacin de petrleo, bateras de cocina, o recipiente de bebidas, se disea entonces para satisfacer varios criterios. Esto ha conducido al diseo para X (DPX), donde X denota una lista creciente de criterios Diseo del proceso Para los componentes producidos internamente se lleva a cabo el diseo del proceso. Al igual que con el diseo del producto, el diseo del proceso no es una actividad aislada. El mejor proceso se selecciona, se eligen los, parmetros del proceso para optimizar la calidad y las propiedades del producto terminado, y para facilitar la inspeccin para el control de calidad. Se disean las matrices, se eligen las herramientas y, si stas deben seguir una trayectoria prescrita, se selecciona y programa una trayectoria. Desde los aos cincuenta ms computadoras se han usado con este propsito. La informacin contenida en los dibujos se transforma en forma digital para el control numrico (CN) o control numrico por computadora (CNC) de mquinas. Cuando la geometra de la parte se crea por CAD (Diseo Asistido por Computador), la base de datos ya existe y se puede emplear directamente. Para facilitar el procesamiento y ensamble, se disean accesorios para sujetar la pieza de trabajo en la posicin correcta en relacin con la mquina herramienta, o para mantener varias piezas de trabajo en la posicin adecuada una con la otra. Desde los aos setenta, la computadora se ha usado tambin para la optimizacin y control del proceso, administracin y movimiento de materiales, programacin y monitoreo. Actualmente, a este campo se le llama en su totalidad manufactura asistida por computadora (CAM). Este grupo de actividades a menudo se describe como ingeniera de manufactura en el sentido ms estricto. Una fuerte posicin competitiva tambin requiere del desarrollo de nuevos procesos y que los existentes se mejoren. Con frecuencia los nuevos procesos hacen posible el desarrollo de productos, incrementando de esta forma an ms la competitividad. El desarrollo del proceso en la escala de produccin puede ser muy costoso. Por lo tanto, los fundamentos de los procesos a menudo se exploran en el laboratorio u oficina. En algunos casos el problema prctico es tan complejo que slo peritos con gran experiencia pueden resolverlo. El conocimiento, lgica y juicio del experto pueden ser capturados y desarrollados en cooperacin entre el experto y los especialistas PROCESOS INDUSTRIALES I 5. de sistemas. Una vez completados, permiten que una persona con menos experiencia encuentre la solucin del problema interactuando con el programa. Al elegir y desarrollar procesos, se debe considerar su impacto en el ambiente y en la seguridad y salud de los operadores y dems personas. A menudo la manufactura involucra altas temperaturas, metal fundido, herramientas altamente esforzadas, lquidos inflamables o txicos, y actividades que generan ruido, humo, vapores, gases o polvo. MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADORA CIM Los beneficios del CAD y CAM se pueden alcanzar por completo slo si se establece entre ellos una interfaz efectiva, creando lo que usualmente se denomina CAD-CAM. El flujo de la informacin en ambas direcciones asegura que las partes y ensambles sern diseados con las capacidades y limitaciones de los materiales y procesos de manufactura en mente. El esfuerzo empleado en los cambios en el diseo y en el proceso se reduce asegurando que esas transformaciones sean introducidas en la base de datos comn, y de esta forma sean reconocidos inmediatamente en todas las etapas tanto del diseo como de la produccin. Un beneficio importante es que la introduccin del CAD-CAM fuerza una revisin y mejoramiento del diseo y de las prcticas de manufactura existentes y de la planeacin de la produccin. Una extensin lgica es la manufactura integrada por computadora (CIM), en la cual todas las acciones se llevan a cabo con referencia a una base de datos comn. La administracin de la base de datos es una tarea compleja pero no insuperable. Los dibujos y modelos por computadora slo sirven para visualizar la geometra de las partes; no se permiten cambios en ellos. Si se van a hacer cambios en el diseo, proceso, programacin, lista de materiales, normas de calidad, etc., se realizan en la base de datos; de esta forma se reflejan en toda la organizacin. La base de datos se actualiza continuamente con la informacin ms reciente sobre la produccin, ventas, etc. Para muchas industrias colombianas, la manufactura integrada por computadora (CIM) an est en el futuro, pero ya ha comenzado. CONTROL DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA En este punto se deben clarificar algunos trminos, de manera que el potencial del control del proceso se pueda sealar a travs de la discusin de los procesos individuales. Estrategias de control Las diferentes aproximaciones hacia el control se pueden explicar mejor haciendo referencia a un ejemplo simple, el de tornear un componente cilndrico. Los principios se aplican a cualquier proceso. Para entender qu tarea se espera que realice un sistema de control, primero hay que examinar algunas de las acciones de un operador hbil de torno. Supongamos que la parte que se va a maquinar fue montada en la copa y que se fij la velocidad de corte y la alimentacin (el movimiento axial de la herramienta durante cada revolucin de la' pieza de trabajo). La tarea por seguir es mantener el dimetro de la parte terminada entre valores especificados mnimos y mximos, y asegurar que el acabado superficial cumple con las especificaciones. Un operador entrenado y experimentado posee un conocimiento que le permite tomar la decisin de la profundidad de corte (el espesor de la capa removida en un corte). El conocimiento del operador con frecuencia se complementa o incluso se reemplaza por instrucciones proporcionadas con base en experiencias pasadas o en informacin publicada. Lo importante es que la PROCESOS INDUSTRIALES I 6. informacin se almacena en alguna forma. Enseguida, el operador verifica la calibracin del carro transversal leyendo la cartula del micrmetro. En otras palabras, se detecta el estado actual de la mquina. Luego, el operador determina qu cambios son necesarios, toma decisiones lgicas, y las comunica al sistema accionando el tornillo para calibrar la posicin del carro transversal. En este punto, se fabricar una parte correcta, suponiendo que el cuadrante de ajuste est bien calibrado y que las deflexiones de la mquina son despreciables. Un operador calificado ir ms all y detendr la mquina despus del inicio del corte, verificar el dimetro de la parte, y har los ajustes necesarios. Un operador altamente calificado observar la superficie producida, escuchar el sonido de la mquina y, en general, detectar cambios que frecuentemente son difciles de describir con precisin. Por ejemplo, bajo ciertas condiciones se puede desarrollar vibracin (tintineo) que causa que el acabado superficial vare en una manera sistemtica, resultando en un acabado superficial inaceptable. Entonces el operador cambiar las condiciones de corte (velocidad, alimentacin, soporte de la parte o herramienta), hasta que desaparezca la condicin inaceptable. El operador tambin compensar por el desgaste de la herramienta, cambiar la herramienta cuando sea necesario, y se asegurar de que la mquina herramienta no est sobrecargada. Un sistema de control se har cargo de varias o de todas las funciones del operador. Estos sistemas de control van desde los ms sencillos (CNC) hasta los de gran complejidad (inteligencia artificial). Automatizacin La palabra automtico se deriva del griego y significa automotor o autopensante. La palabra automatizacin se acu para indicar aspectos de manufactura en los que la produccin, el movimiento y la inspeccin se realizan o controlan por mquinas que se operan a s mismas sin la intervencin humana. Automatizacin implica un control en el cual se utilizan dispositivos programables. Un aspecto importante de la automatizacin en la manufactura es la automatizacin del movimiento de materiales: los manipuladores son los dispositivos mecnicos para el movimiento de materiales...</p>