Laboratorio de Procesos Industriales; ILN252; Prof. Pablo Escalona R.
LABORATORIO DE PROCESOS INDUSTRIALES ILN-252 (CCPL-V1) Profesor: Duración: Horario: Lugar: Créditos:
Pablo Escalona R. 15 sesiones Lunes 8:00 a 13:00 hrs. (bloques 1 - 6) Taller Metalmecánica ; Laboratorio Cima 4
BREVE DESCRIPCIÓN DEL CURSO: Introducir al alumno en los conceptos esenciales de los procesos industriales y diseño de sistemas de manufactura a través de clases teóricas y experiencias de laboratorio debidamente relacionados. El curso ha sido diseñado para seguir la secuencia lógica de la fabricación de productos, desde su diseño, hasta su fabricación, analizando en forma teórica y practica los procesos industriales y tecnologías que intervienen en la generación de bienes manufacturados.
ESQUEMA
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OBJETIVOS GENERALES. • •
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Identificar los procesos industriales que intervienen en la fabricación de p roductos manufacturados. Seleccionar apropiadamente procesos, máquinas y nivel de tecnología asociado a la fabricación fabricación de productos manufacturados. Diseñar sistemas básicos de manufactura
OBJETIVOS ESPECIFICOS. • • • • • •
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Diseñar en forma básica partes, piezas, subensambles y productos. Interpretar planos de fabricación de partes y piezas constituyentes de productos manufacturados. Construir diagramas de flujo de procesos. Determinar analítica y experimentalmente las variables fundamentales en procesos de fabricación. Operar maquinaria maquinaria asociada a procesos de fabricación. fabricación. Identificar y seleccionar procesos, maquinaria y nivel de tecnología apropiada para la fabricación de partes, piezas y productos manufacturados. Calcular analíticamente tiempos y costos de fabricación fabricación de partes, piezas, subesambles, y productos en procesos específicos de manufactura.
CONTENIDOS. Modulo 1. Diseño básico de sistemas de manufactura. Este modulo tiene dos objetivos básicos, a saber, (i) conocer en forma teórica los procesos de fresado, taladrado, torneado, corte y soldadura, y (ii) modelar un sistema de producción y determinar los factores productivos necesarios para satisfacer la demanda.
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BIBLIOGRAFÍA. • •
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Escalona, P., López M., “Apuntes de Laboratorio de Procesos Industriales”. Chiles, B., Lissaman, M.; “Principios de Ingeniería de Manufactura”. Tercera Edición. ISBN 96826-0794-9 Barrientos, A., “Fundamentos de Robótica”, Mc Graw Hill, 1997. Delchambre, A., “CAD Method for Assembly: Concurrent Design of Products, Equipment and Control Systems”, Addison Wesley, 1997 Kusiak, A., “Concurrent Engineering: Automation, Tools and Techn iques”. Addison Wesley, 1992. Prasad, B., “Concurrent Engineering Fundamentals: Integrated Product and Process Organization Ronald G. Askin, Charles R. Standrige. "Modeling and analysis of manufacturing systems", John Wiley & Sons, INC. 1993. ISBN: 0-471-51418-7
EQUIPO DOCENTE. • •
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Departamento de Mecánica. Juan González (
[email protected]). Centro Integrado de Manufactura y Automatizacion CIMA – UTFSM. Maximiano Lopez (
[email protected]) Departamento de Industrias; CIMA - UTFSM. Pablo Escalona R. (
[email protected])
Al comunicarse con el profesor por correo electrónico se deberá indicar, nombre alumno y paralelo (CCPL)
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POLÍTICAS GENERALES DEL CURSO. Asistencia. Los laboratorios son obligatorios. Experiencias de laboratorio. Dependiendo de la experiencia de laboratorio, estas se desarrollaran en grupos de 3 alumnos (Cima) o individualmente (Taller). Cada actividad práctica de laboratorio será evaluada mediante la entrega, de parte de los alumnos, de un informe (Cima) y/o una pieza manufacturada (taller). Todas las experiencias de laboratorio tienen igual ponderación. No se aceptarán informes fuera de la fecha programada. Se sancionará con nota cero, cualquier parecido entre los informes presentados o muestra de deshonestidad académica. Proyecto Integrador. El Proyecto Integrador se desarrollará en equipo de 3 alumnos. Se deberá entregar un trabajo escrito en la fecha indicada en el calendario de actividades. El trabajo no deberá sobrepasar 15 páginas. La política de evaluación es: 10 pts diagrama de flujo; 15 pts funcionamiento modelo matemático (Excel para Ing. Comercial); 50 pts resultados; 15 pts costos; 10 pts conclusiones. Se sancionará con nota cero, cualquier parecido entre los informes presentados, códigos de programación, diagramas o muestra de deshonestidad académica. Certamen Final. El certamen final será individual y cualquier intento o sospecha de copia será evaluada con nota cero. Aprobación de la asignatura. Los laboratorios no serán consideradas si el promedio del certamen y proyecto integrador es inferior a 45. Actividades de Laboratorio CIMA. Las actividades en el laboratorio CIMA comienza a las 14:00 horas. Después de esta hora ningún alumno podrá ingresar al laboratorio, lo que le significará nota cero en la experiencia de la sesión correspondiente. No se puede ingresar con zapatillas al laboratorio CIMA por medidas de seguridad. El uso de bototos de seguridad es obligatorio independiente de la experiencia
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Ausencias a laboratorios. Los alumnos que no se presenten a los laboratorios programados, se les asignará nota cero en la experiencia respectiva. Solo los alumnos con justificación médica pueden solicitar una recuperación de la experiencia faltante. El procedimiento para solicitar la recuperación del laboratorio es el siguiente: (i) hacer solicitud formal a través de correo electrónico a
[email protected] con certificado medico escaneado. El alumno deberá indicar paralelo al cual pertenece y la experiencia a la falto; (ii) la fecha de la recuperación será asignada en función de la disponibilidad de laboratorio y solo habrá una asignación.
EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA . Criterio Laboratorios Proyecto Integrador Certamen final
Ponderación (%) 50 30 20
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CALENDARIO. Sesión 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Fecha Lunes 13 de agosto Lunes 20 de agosto Lunes 27 de agosto Lunes 3 de septiembre Lunes 10 de septiembre Lunes 24 de septiembre Lunes 1 octubre Lunes 8 de octubre Lunes 22 de octubre Lunes 29 de octubre Lunes 5 de noviembre Lunes 12 de noviembre Lunes 19 de noviembre Sabado 1 de diciembre Viernes 7 de diciembre
Grupo A Introducción Diseño de sistemas de manufactura Diseño de sistemas de manufactura Automatización CIMA CIMA CIMA CIMA Taller Taller Taller Taller Taller Certamen Final Entrega PI
Grupo B Introducción Diseño de sistemas de manufactura Diseño de sistemas de manufactura Taller Taller Taller Taller Taller Automatización CIMA CIMA CIMA CIMA Certamen Final Entrega PI
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PROGRAMA
GRUPO
ACTIVIDADES CIMA .
Subgrupo
A
A1 A2 A3
B
B1 B2 B3
Sesión 1 Lunes 10 de septiembre Diseño PLC Robótica Lunes 29 de octubre Diseño PLC Robótica
Sesión 2 Lunes 24 de septiembre PLC Integración Diseño Lunes 5 de noviembre PLC Integración Diseño
Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Industrias.
Sesión 3 Lunes 1 octubre Integración Robótica PLC Lunes 12 de noviem bre Integración Robótica PLC
Sesión 4 Lunes 8 de octubre Robótica Diseño Integración Lunes 19 de noviem bre Robótica Diseño Integración
7
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UBICACIÓN DE LABORATORIO CIMA, CASA CENTRAL.
UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA DEPARTAMENTO DE MECÁNICA Actitud de Trabajo y Seguridad en Práctica de Taller Metal Mecánico Las actividades prácticas a realizar implican riesgos que de no ser controlados pueden causar accidentes graves. Deberán observarse las siguientes actitudes y cuidados: GENERALIDADES !
La práctica de taller metal-mecánico es una clase por lo que se exigirá una conducta coherente con esta condición:
!
"
No correr, saltar ni jugar en el taller. Las bromas pueden ocasionar accidentes.
"
Se prohíbe contestar el teléfono celular durante la permanencia en el aula-taller.
Se exige máxima concentración durante las actividades. Se deberá poner atención a todas las indicaciones de los instructores.
!
No podrán trabajar en el taller personas con evidente somnolencia o presencia de hálito alcohólico
!
INDUMENTARIA Y PRESENTACIÓN
!
Usar overol o capa, evitando la ropa suelta. Una vestimenta amplia y flotante puede quedar aprisionada por órganos de las máquinas en movimiento.
!
Usar calzado adecuado (zapatos de seguridad o al menos calzado de cuero grueso) no se permite el uso de zapatillas durante la práctica.
!
Durante el trabajo no se permite el uso de elementos accesorios, tales como: relojes, collares, pulseras, anillos, aros colgantes, corbatas, bufandas, polerones con capucha etc. El uso de cualquiera de estos elementos puede ser causa de un accidente grave al atraparse en máquinas rotativas a alta velocidad.
!
Para el desarrollo de las actividades en zona de soldadura y esmeriles es obligatorio el uso de
"
Todos los tornillos y/o pernos de fijación, así como los dispositivos de sujeción de piezas y/o herramientas están correctamente montados.
"
Las piezas a trabajar están firmemente montadas y que no existe obstáculo para el movimiento.
"
El estado de lubricación de la máquina es correcto: revise todos los niveles de lubricante, aceiteras, puntos de lubricación y la bomba de lubricación manual.
"
Que no haya piezas o herramientas abandonadas que pudieran caer o ser alcanzadas por la máquina.
!
Nunca acerque sus manos a piezas y/o partes de una máquina en movimiento.
!
Nunca abandone su puesto de trabajo si la máquina a su cargo no está correctamente desenergizada y detenida.
!
Cuando trabaje en soldadura observe las siguientes medidas de seguridad: "
Use toda la indumentaria que le será provista.
"
Use ropa gruesa, seca y sin agujeros. Ésta debe estar además libre de grasa, aceite u otra sustancia inflamable.
!
"
Nunca dirija la mirada a los destellos producidos por el arco eléctrico.
"
JAMÁS USE LENTES DE CONTACTO.
Al terminar con su trabajo o al retirarse del taller, proceda a guardar todo lo ocupado en el lugar que corresponda, limpiando las máquinas y/o puesto de trabajo. En caso de máquinasherramienta lubrique las partes expuestas a la oxidación.
DECLARACIÓN De acuerdo a lo establecido por la Ley 16.744 he recibido las instrucciones sobre seguridad en los trabajos de taller metal-mecánico y he leído cuidadosamente las reglas de seguridad. Entiendo que estas normas son para mi protección y la de mis compañeros y me comprometo a atenerme a ellas.Nombre
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LABORATORIO DE PROCESOS INDUSTRIALES ILNILN-255; ILNILN-252 Apoyos Modulo - Diseñ produccióón. Diseño de sistemas de producci Profesor: Pablo Escalona R.
SISTEMAS DE M ANUFACTURA MANUFACTURA Definición: La producción es el proceso de convertir los recursos disponibles de una organización en productos, bienes y servicios. El conjunto de actividades y operaciones involucradas en la producción de bienes y servicios de una organización se conoce como sistema
de producción.
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SISTEMAS DE MANUFACTURA Visión de Deming de un sistema de producción. Diseño y rediseño
Proveedores de materiales y equipo
Consumidores Recepción de materiales
A B
Investigacionde consumidores
Distribución
Producción,ensamblee inspección
C D
REQUERIMIENTOS DE DISE ÑO Diseño de un sistema de manufactura. Las decisiones a tomar en el diseño y operación de un sistema de manufactura son: •Tipo de proceso productivo. •Número y tipo de máquinas. •Número y tipo de estaciones de carga y descarga. •Familias de partes o productos.
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REQUERIMIENTOS DE DISE ÑO Diseño de un sistema de manufactura. Medidas de desempeño para medir el impacto de las decisiones: •Retorno sobre la inversión. •Valor presente neto. •Periodo de recuperación.
REQUERIMIENTOS DE DISE ÑO Diseño de un sistema de manufactura. •Utilización de máquinas. •Razón de producción. •WIP. •Tiempos de entrega. •Filas en cada recurso. •Tiempos de ciclo.
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Diseño básico de un sistema de manufactura. •Calculo de los parámetros básicos del sistema. •Análisis deterministico. •Uso de hoja electrónica de cálculo. Excel
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Diseño inicial y análisis usando una hoja de calculo. n a ó d i c a r a t m n r e o e f n d I
Demanda Tamañolote
Rutade fabricación
Dimensionesde laspiezas
Condiciones deproceso (fresado, corte,torneado, envasado, etc)
Otras condiciones deproceso (carga,descarg a,eficiencia, prepara ción,tamañodelote)
Condiciones de operaciónde planta
Tiempo unitariode proceso Pieza/proceso
a d i l a s e d n ó i c a m r o f n I
Tiempo unitariode fabricación Pieza/proceso
Tiempototal de fabricación por proceso
Tiempodisponiblede operación
Número demáquinas/manode obra requerida por proceso Teórico / real
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Ejemplo. Existen cuatro tipos de ensambles similares pero con diferentes dimensiones, estas partes son producidas usando cinco operaciones (torneado, esmerilado, fresado, taladrado, y ensamblado). Diseñar y analizar un proceso de manufactura para las siguientes piezas.
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Ejemplo. Parte A
Parte B
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Ejemplo. Parte B f 6
e
h
φi
g
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Ejemplo. Parte C
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Proceso de manufactura.
Torneado burdo
Fresado
Torneado fino
Taladrado 1
Esmerilado
Taladrado 2
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Datos básicos de diseño La información inicial dada para estas partes es: •Demanda. •Condiciones de operación. •Condiciones de mecanizado. •Condiciones de carga/descarga. •Eficiencias.
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Objetivos del desempeño del sistema. •Costo total no exceda de $1.000.000 •El tiempo total de proceso debe ser menor a 4 días. •La utilización del equipo debe ser menor a 80%
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Calculo del tiempo de torneado. Torneado
V (m/min) D
(mm/paso) F (mm/rev)
Razón de desbaste :
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Volumen a eliminar.
c’
c
b
d a
Vol = ( (a-d) * (c’2-c2) + d*(c’2-b2) ) * π/4
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Volumen a eliminar. ∆
c
b
d a
Vol = π * c * (a-d) * ∆ + π * d * b + ∆ * π/4 *
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Tiempo de torneado burdo.
t=
Volumen 132.143 (min/ pza ) = Razón desbaste 80.000
t = 1,62 (min/pza)
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Torneado fino. ∆ = 0,5 mm
50
40
130
20
Vol = π (50) (130) (1) + π (40) (20) x 1 + π/4 (502 - 402) (1) Vol = 23.640 mm3
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Tiempo de torneado fino
t=
Volumen 23.640 = (min/ pza) Razón desbaste 12.750
t = 1,85 (min/pza)
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Calculo del tiempo de fresado.
F (mm/rev) E (mm) D (mm/paso)
Razón de desbaste :
V (m/min)
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Volumen a eliminar
h
6 f Vol = 6 h f (mm3)
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Volumen a eliminar
200
6 24 Vol = (6) (24) (200) = 28.800 mm3
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Calculo del tiempo de taladrado. V = (m/ min)
E (mm)
F (mm/rev)
Razón de desbaste :
R =
1000 V F E (mm3 / min) 4
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Razón de desbaste.
Avance (F) : 0,25 mm/rev Velocidad (V) : 30 m/min Diámetro (D) : 40 mm
R =
1000 (30)(0,25)(40) (mm3 / min) ( 4)
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DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Volumen a eliminar
20 40 Vol = (π*(40)2) (20) = 25.132 mm3 4
DISEÑ DISEÑO BASICO DE SISTEMAS DE MANUFACTURA Tiempo de proceso. t=
Volumen 25.132 (min/ pza ) = Razón desbaste 75.000
t = 0,33 (min/pza)
n a ó i d c a r a t n m r e o f e n d I
Demanda Tamaño lote
Ruta de fabricación
Dimensiones de las piezas
Condiciones de proceso (fresado, corte, torneado, envasado, etc)
Otras condiciones de proceso (carga, descarga, eficiencia, preparación, tamaño de lote)
Condiciones de operación de planta
Tiempo unitario de proceso Pieza/proceso
a d i l a s e d n ó i c a m r o f n I
Tiempo unitario de fabricación Pieza/proceso
Tiempo total de fabricación por proceso
Tiempo disponible de operación
Número de máquinas/mano de obra requerida por proceso Teórico / real
Evaluación económica de alternativas
Utilización