Tema 1.2 Integración Diseño Fabricación PDF

1. Aspectos a considerar en el proceso de diseño Esquema Organizativo Empresa Industrial 3 1. Aspectos a considerar en el proceso de diseño 4 1. Aspectos a considerar en el proceso de diseño...

1. Aspectos a considerar en el proceso de diseño Esquema Organizativo Empresa Industrial 3 1. Aspectos a considerar en el proceso de diseño 4 1. Aspectos a considerar en el proceso de diseño 5 1. Aspectos a considerar en el proceso de diseño 6 1. Aspectos a considerar en el proceso de diseño Tradicionales Sociales Función Factor humano (evitar errores/accidentes) Coste Apariencia y Estilo Orientados a la Fabricación Marketing Estandarización Necesidades del consumidor Facilidad de fabricación Línea de productos (subpartes comunes) Facilidad de montaje Tiempo de producción Facilidad de embalaje Diseños futuros Sencillez de servicio y reparación (evita reparación en fábrica) Medioambientales Contaminación debida al producto Contaminación debida al proceso de fabricación Reciclado del producto al final de su vida útil Reciclado de los productos de deshecho del proceso Consumo energético del proceso de fabricación 7 1. Aspectos a considerar en el proceso de diseño Coste de los cambios Durante el Diseño Durante la evaluación del Diseño Durante la planificación de la Producción Durante la producción de prueba Durante la producción final Fundamental Experiencia en Fábrica (Antes de experiencia en Diseño) Comprensión del Proceso de Relación con Fábrica Fabricación (Coordinación Dptos. Fabricación-Diseño) Conocimiento de Técnicas de Fabricación (Correcta selección y optimización de parámetros) 8 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Desarrollar todas las fases del diseño teniendo en cuenta la fabricación de la pieza y su posterior montaje para la obtención del producto final Objetivos: Fabricar mediante procesos existentes Disminuir número de piezas y aumentar estandarización de las mismas Realizar montaje de forma automatizada Evitar fases de rediseño del producto Ventajas: Reducción de costes y tiempos Transición diseño-fabricación suave y rápida Aumento de calidad Eliminación de problemas de fabricación: mejora de productividad y diversificación de productos 9 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Pensar cómo diseñar un producto para conseguir: Funcionalidad al menor coste posible Mejor calidad Elevada importancia Mejor respuesta a las necesidades del consumidor del DOF Rápida mejora del producto No tener en cuenta el DOF: Tiempo elevado de fabricación (disposición de nuevos sistemas productivos) Necesidad de equipamiento especial (coste y tiempo de adquisición) Menor calidad (número de componentes, distintos proveedores, montaje manual) Desviación de la compañía de una trayectoria de mejora (automatización, just in time, fabricación flexible, CIM) 10 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Ejemplos: Diseño orientado al montaje automático 11 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Ejemplos: Recomendaciones de diseño en mecanizado Evitar o reducir tolerancias que requieran operaciones de mecanizado (obtener precisión suficiente con procesos de moldeo, deformación plástica, etc.). Intentar sustituir piezas mecanizadas por piezas obtenidas por CDP (figura). Diseño de piezas rígidas y con geometrías adecuadas para su fijación en la máquina. Evitar materiales endurecidos o en general de baja maquinabilidad. Evitar la necesidad de voltear la pieza (Una fase). En caso de emplear máquinas herramienta manuales evitar operaciones de mecanizado en direcciones no paralelas a los ejes de la máquina. 12 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Ejemplos: Recomendaciones de diseño en mecanizado Diseño de piezas suficientemente rígidas para soportar las fuerzas de mecanizado sin deformaciones Diseñar las piezas considerando la geometría de herramientas normalizada. 13 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Ejemplos: Recomendaciones de diseño en conformado de chapa Diseño de las piezas que permita útiles con mínimo gasto de material: geometrías “anidadas”, utilización del sobrante del fleje para obtener otras piezas de un conjunto, etc. 14 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Ejemplos: Recomendaciones de diseño en conformado de chapa Agujeros Punzonados Diámetro agujero /Espesor de la chapa (con útiles normalizados). Separación entre bordes de agujeros / 2 veces el espesor de la chapa. Separación entre bordes de agujeros y borde de la chapa /1,5 ~ 2 veces el espesor 15 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Ejemplos: Recomendaciones de diseño en conformado de chapa Evitar aristas vivas en la pieza (internas y externas). Radio mínimo > Espesor / 2. Evitar secciones excesivamente estrechas y largas (ancho > 1,5*espesor). Diseñar geometrías que puedan conformarse con útiles de plegado estándar (menores costes): ángulo de plegado preferible = 90º; relación anchura / altura ≥2. 16 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Ejemplos: Recomendaciones de diseño en moldeo con arena Contracciones del material durante el enfriamiento y solidificación: reducción de dimensiones, tensiones residuales y distorsiones (enfriamiento no uniforme). Línea de partición: división entre las dos partes del molde. Situarla en un mismo plano. Desmoldeo: diseñar modelo fácilmente extraíble del molde de arena (ángulo desmoldeo). Llenado incompleto del molde (rechupes) debido a la contracción del metal. Incluir rebosaderos. Evitar zonas excesivamente gruesas. 17 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Ejemplo 18 2. Diseño orientado a la Fabricación y el Montaje (DOFM) Ejemplo 19 3. Ingeniería secuencial vs ingeniería concurrente Proceso de Diseño y Fabricación de un Producto Definición de producto Producción Piloto Diseño conceptual Producción Evaluación de viabilidad Control y aseguramiento de Diseño detallado la Calidad Prototipos Prueba y Evaluación Embalaje Diseño para la Producción Producto final Marketing y Venta Especificación de materiales Selección de Procesos de Fabricación Revisión de Seguridad Servicio Postventa 20 3. Ingeniería secuencial vs ingeniería concurrente Ingeniería Secuencial Las actividades se realizan consecutivamente Escasa interrelación entre los responsables de las tareas (distintos departamentos) Cualquier desajuste en la secuencia penaliza mucho el coste final del producto Apropiada para la fabricación de productos muy conocidos, sobre los que se prevé una escasas modificaciones en diseño o innovación 21 3. Ingeniería simultánea o concurrente Ingeniería concurrente: Retroalimentación de información desde todas las fases de ciclo de vida del producto hacia la fase de Diseño 22 3. Ingeniería simultánea o concurrente Ingeniería concurrente: Retroalimentación de información desde todas las fases de ciclo de vida del producto hacia la fase de Diseño Reconocer que el proceso de diseño tiene una gran repercusión en la fabricación y en el coste final del producto (70-80%) Las actividades se realizan de manera simultánea, en la medida de lo posible. Total interrelación entre los responsables de las tareas (distintos departamentos). El diseño debe ser un proceso iterativo. Se requiere el conocimiento de los materiales, los procesos de fabricación, exigencias del mercado, etc. Estrategias de diseño: DFM (Design for Manufacture), DFA (Design for Assembly), DFQ (Design for Quality) y DFS (Design for Service). La tarea de diseño es más costosa en tiempo y dinero, pero el producto sale antes al mercado y con un coste inferior. Apropiada para el diseño de nuevos productos. 23 4. Sistemas de Fabricación Integrados (CIM) CAD (Computer Aided Design). Diseño asistido por ordenador CAM (Computer Aided Manufacturing). Fabricación asistida por ordenador. Disciplinas que estudian el uso de sistemas informáticos como herramientas en los procesos involucrados en el diseño y fabricación de un producto. Tradicionalmente se han desarrollado de forma separada. Se unen mediante la aparición de los sistemas de Fabricación Integrada por Ordenador  CIM (Computer Integrated Manufacturing) 24 4. Sistemas de Fabricación Integrados (CIM) 25 5. Selección del Proceso de Fabricación Producto Función Utilidad Objetivos Restricciones ¿Qué va a hacer el ¿Qué se va a maximizar o ¿Qué es necesario y qué componente? minimizar? es deseable? - Soportar carga - El más barato - Soportar determinada carga - Transmitir calor - El más seguro - Alguna dimensión fija - Conducir la corriente - El más ligero - Rango de temperatura 27 5. Selección del Proceso de Fabricación 28 5. Selección del Proceso de Fabricación Selección del Diseño del material componente Selección inicial del material Diseño inicial del componente Recopilación de datos sobre Análisis aproximado condiciones materiales funcionamiento Repetir Análisis de prestaciones del Repetir material en el diseño inicial Diseño y especificaciones detallados Repetir Repetir Elección del método de fabricación Ensayo del prototipo Producción y seguimiento Repetir Repetir Nuevos desarrollos 29 5. Selección del Proceso de Fabricación Características del material ideal Inagotable Disponible para su reemplazo de forma inmediata Bajo coste de producción y procesado Buenas propiedades mecánicas Resistencia a la corrosión y al desgaste … DIFICULTAD DE SELECCIÓN Nos debemos preguntar: ¿Qué propiedades de los materiales se necesitan? ¿Qué atributos de fabricación se requieren? ¿Qué ocurre si se necesita aumentar la producción? … 30 5. Selección del Proceso de Fabricación ESTABLECER CRITERIOS DE SELECCIÓN PROPIEDADES ASPECTOS DURACIÓN Y APARIENCIA DEL MATERIAL ECONÓMICOS RECICLADO TRADICIONALES UTILIZAR MÉTODOS GRÁFICOS DE SELECCIÓN BASES DE DATOS 31 5. Selección del Proceso de Fabricación Material Formas de los materiales disponibles comercialmente MATERIAL DISPONIBLE COMO Aluminio B, F, I, P, S, T, W Cerámicas B, p, s, T Cobre y Latón B, f, I, P, s, T, W Elastómeros b, P, T Vidrio B, P, s, T, W Grafito B, P, s, T, W Magnesio B, I, P, S, T, w Plásticos B, f, P, T, w Metales preciosos B, F, I, P, t, W Aceros y Aceros Inoxidables B, I, P, S, T, W Zinc F, I, P, W Nota  B: Barra; F: Láminas; I: Lingotes; P: Planchas; S: Formas estructurales; T: Tubo; W: Alambre Minúsculas indican disponibilidad limitada La mayor parte de aleaciones están también disponibles en forma de partículas 32 5. Selección del Proceso de Fabricación Selección del Proceso de Fabricacion Múltiples factores Material Forma y dimensiones Tolerancias y acabado superficial Características mecánicas Nº de piezas a fabricar Tasa de desperdicio Medio ambiente y seguridad Disponibilidad de equipos Etc. 33 5. Selección del Proceso de Fabricación Conformado Primario MATERIAS PRIMAS Moldeo por Fundición Laminación Especiales inyección Procesado secundario Uniones y Tratamientos Superficiales Tratamientos Mecanizado térmicos 34 5. Selección del Proceso de Fabricación Tratamiento Uniones PRODUCTO ACABADO Superficial Fijaciones no Soldadura Pulido Metalizado permanentes Soldadura por Adhesivos Anodizado Pintura fricción 35 5. Selección del Proceso de Fabricación Material Características de materiales según proceso de fabricación Capacidad Aleación Soldabilidad Maquinabilidad para fundición Aluminio E F E-G Cobre G-F F G-F Fundición gris E D G Fundición blanca G VP VP Níquel F F F Acero F E F Zinc E D E Nota  E: Excelente; G: Bueno; F: Aceptable; D: Difícil; VP: Muy pobre 36 5. Selección del Proceso de Fabricación Forma y dimensiones de la pieza 37 5. Selección del Proceso de Fabricación Costes de fabricación Cp = Cm + Cu/N + Ccap/n Cp = Coste de una pieza Cm =Coste del material Cu = Coste del utillaje o instalaciones específicas Ccap = Tasa horaria N = nº de piezas a fabricar n = Cadencia Ejemplo de comparación de costes 38 5. Selección del Proceso de Fabricación Tasa de desperdicios Tasa de desperdicios producidos en varios procesos de fabricación PROCESO % de Desperdicios Mecanizado 10-60 Forjado en caliente 20-25 Conformado de chapa 10-25 Extrusión en caliente 15 Fundición con molde permanente 10 Pulvimetalurgia