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EJERCICIOS DE MANUFACTURA CELULAR
Miguel Andrés Mesa Vera
Margarita María Pérez Durán
Manufactura Celular
La manufactura celular es una aplicación de la tecnología de grupos en
manufactura, en la cual toda o una porción del sistema de manufactura de la
empresa se convierte en celdas tecnológicas. Una manufactura celular es un
grupo de máquinas o procesos ubicados a gran proximidad y dedicados a la
manufactura de una familia de partes. Las partes son similares en sus
requerimientos de proceso tales como operaciones, tolerancias y capacidad de
herramientas de mecanizado.
Teniendo en cuenta que el objetivo del proyecto “Accesibilidad a las celdas de
manufactura flexible automatizada a través de la Red Nacional RENATA e
Internacional Red CLARA para supervisar y controlar su estado y funcionamiento”,
es realizar un manejo integral de la celda de manufactura flexible se he propuesto
redistribuir el Laboratorio de Mecatrónica (Figura No.1.), con base en el flujo de
proceso y en la teoría de tecnología de grupos y manufactura celular, de forma
que se reduzcan tiempos de transporte y se optimice el proceso.
Figura No.1. Propuesta de layout (distribución en planta) para el Laboratorio de Mecatrónica
de Universidad Nacional
Figura No.2. Arquitectura de Conexión de la Celda de Manufactura
La Figura No.2., muestra la arquitectura de conexión de la Celda de Manufactura
Flexible de la Universidad Nacional de Colombia.
• Diseño de las Prácticas de manufactura
Los ejercicios de manufactura celular diseñados y programados para ser
dispuestos en Internet, como parte del curso virtual de manufactura,
www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/mecatronica, de la Universidad Nacional
de Colombia, están enfocados hacia las dos grandes estrategias (Figura No.3.),
que se llevan a cabo para la fabricación de una pieza:
¾ Ingeniería Directa: A partir de un diseño previo se construye la pieza,
teniendo en cuenta los parámetros establecidos en el diseño.
¾ Ingeniería Inversa: A partir de una pieza construida se extraen los
parámetros de diseño para replicar su construcción.
Figura No.3. Esquema de ingeniería directa (izq.) e ingeniería inversa (der.)
La aplicación virtual busca capacitar a los usuarios siguiendo un proceso que
empieza desde el conocimiento general de las máquinas hasta el manejo integral
de la celda de manufactura. Cabe destacar que los ejercicios que se colgarán en
red son concebidos y orientados para permitir al usuario realizar un acercamiento
tecnológico centrado hacia el dominio del CNC.
Como método de programación de los ejercicios se implementó el concepto de
“macros”, el cual define que a partir de parámetros o rasgos básicos
fundamentales de diseño y de manufactura se transita paulatinamente hacia una
estructura tecnológica más compleja. A continuación se muestra un diagrama de
flujo que busca esquematizar el desarrollo de los ejercicios CNC por
teleoperación:
INICIO
Establecimiento de parámetros de funcionamiento de la máquina
Preparación de la superficie a mecanizar
Primitiva de manufactura a mecanizar
NO
SI
Macro que contiene el conjunto de instrucciones para materializar el diseño escogido
FIN
Figura No.4. Diagrama de flujo que esquematiza un ejercicio general empleando macros
La estructura general de la macro es la siguiente:
INICIO
Definición de Rasgos de Diseño: Líneas y Arcos
Parametrización por Variables Tecnológicas
Decisión de las Variables por el Usuario
NO
SI
Resultado: Infinitas Piezas a Desarrollar
FIN
Figura No.5.Estructura General de los Macros
El plan de Manufactura por Ingeniería Directa e Inversa en la plataforma de
teleoperación, “supervisión/IP-unal2” (esquematizado en las Figuras No.6. y 10),
muestra la secuencia de operaciones y variables involucradas, para la correcta
ejecución de los ejercicios.
1. Ingeniería Directa: La primera etapa consiste en el diseño asistido por
computador – CAD, a continuación, se define el plan de manufactura con la
ayuda de software CAM; posteriormente, se realiza la fabricación de la
pieza y finalmente, el control de calidad y ensamble. Todo el proceso está
correctamente integrado al sistema de monitoreo y supervisión.
Figura No.6. Plan de Manufactura por Ingeniería Directa
Figura No.7. Ejercicios de manufactura celular, basados en ingeniería directa, para
usuarios intermedio (izq.) y avanzado (der.)
INICIO
Desea mecanizar el contorno?
NO
FIN
SI
Línea
Mecanizado de la línea
4
Seleccione la figura que desea mecanizar
NO
FIN
SI
Macro que contiene el conjunto de instrucciones para mecanizar el diseño escogido
Primitivas de manufactura: líneas o arcos
N pasadas
FIN
Figura No.8. Diagrama de flujo de un ejercicio avanzado por Ingeniería Directa
De acuerdo a las Figuras No.7. y 11., La operación de ensamble realizada por el
robot SCARA IBM 7540 se desarrollará para los 2 entornos de diseño, Ingeniería
Directa e Ingeniería Inversa. A continuación se muestra un diagrama de flujo que
resume la operación de ensamble del Robot.
INICIO
Verificación de Puertos de Entrada y salida de Material Hay material para Ensamblar?
SI
NO
Movimiento
de Ejes 1 y 2
Posicionar pinza sobre puerto de Entrada
Accionamiento
vertical y cierre
de pinza
Tomar material a Ensamblar
Movimiento de
Ejes 1 y 2
Transporte al sitio de Ensamble
Volver a la Posición inicial
FIN
Movimiento de
Ejes 1 y 2 Accionamiento
vertical y
apertura de
pinza
Figura No.9. Operación de Ensamble para Ingeniería inversa y Directa
2. Ingeniería Inversa: Se comienza con la digitalización del producto, con
ayuda de la máquina de medición por coordenadas – CMM. A continuación,
se definen las trayectorias de mecanizado haciendo uso de software CAM.
Posteriormente, se realiza la fabricación, el control de calidad y finalmente,
el ensamble. Todo el proceso está correctamente integrado al sistema de
monitoreo y supervisión.
Figura No.10. Plan de Manufactura por Ingeniería Inversa
Figura No.11. Ejercicios de manufactura celular, basados en ingeniería inversa, para
usuarios principiante (arriba), intermedio (centro) y avanzado (abajo)
INICIO
Digitalización de un círculo
Mecanizado del círculo
Selección del Número de escalones N NO
FIN
SI
Macro que contiene el conjunto de instrucciones para mecanizar el diseño escogido
Primitivas de manufactura: Arcos y Líneas
N pasadas
FIN
Figura No.12. Diagrama de flujo de un ejercicio principiante (pirámide) por Ingeniería Inversa
Se espera que al término de ejecución del proyecto esté implementada una
plataforma que permita acceder a la capacitación y el posterior manejo de las
máquinas del Laboratorio de Mecatrónica de la Universidad Nacional, por parte de
usuarios remotos con conocimientos muy básicos del tema. Allí encontrarán los
ejercicios propuestos y una interfaz gráfica muy amigable para familiarizarse con
la interacción máquina-operario.
Bibliografía:
Andrew Kusiak. Intelligent Manufacturing Systems. New Jersey: Prentice Hall.
1990. 443 páginas.
Nanua Singh. Systems apporoach to Computer-Integrated Design and
Manufacturing. EEUU: John Wiley and Sons, Inc. 1996. 643 páginas.
Córdoba Nieto, Ernesto. Cuestiones teóricas de maquinado, tomo I. Facultad de
Ingeniería Publicaciones, Universidad Nacional de Colombia. Bogotá: 1988. 522
páginas.
Quevedo Trujillo, Wilson. Aplicación experimental MX-2000 al mecanizado de
geometrías especiales. Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero
Mecánico. Universidad Nacional de Colombia. 2000.
Forero Casallas, John. Digitalización experimental en 2D en la Máquina de
Medición por Coordenadas, CMM, del Laboratorio de Mecatrónica de la
Universidad Nacional de Colombia. 2003.