Innovación y Eficiencia en la Manufactura Avanzada: El Futuro de la Industria

Ventajas de la Manufactura Avanzada

Mayor productividad

Con la adopción de nuevas herramientas y procesos, se pueden agilizar los flujos de producción, identificar las futuras fuentes de residuos y hacer que toda la empresa sea más productiva.

Desde el punto de vista de la mano de obra, se puede reducir su dependencia de los trabajadores humanos, lo que permite ampliar las ventanas de producción.

Mayor calidad del producto

El software de diseño asistido por ordenador (CAD) y las soluciones de impresión 3D ofrecen una precisión y un control inigualables sobre la producción de bienes. Con una estrecha supervisión de los procesos de producción, se reducirá significativamente el margen de error.

Flexibilidad y personalización

Las tecnologías avanzadas, como la impresión en 3D, ofrecen una mayor flexibilidad a las empresas para adaptarse a las demandas del mercado.

Reducción del impacto ambiental

La sustentabilidad es un componente esencial de la manufactura avanzada. Muchas tecnologías están diseñadas para minimizar los residuos y el consumo de energía; la sustentabilidad es vital por varias razones estratégicas y éticas.

Tipos de Desperdicios

• Sobreproducción: Es el peor tipo de desperdicio. Ocurre cuando la operación continúa después de que debió detenerse, causando que se generen inventarios que el cliente no necesita.
• Esperas: Esto ocurre cuando los procesos finales de la cadena de valor se detienen porque no han recibido el material necesario. Es aquí donde los recursos se pierden utilizándolos en actividades que no generan valor. Efectos: sobreproducción, tiempo de espera y talento subutilizado.
• Transporte: Se refiere a movimientos innecesarios de materiales e inventarios de proceso que son movidos de una operación a otra. El transporte debe ser minimizado por dos razones principales: agrega tiempo al proceso y aumenta el riesgo de dañar el producto durante el movimiento.
• Extra-procesos: Se refiere a las operaciones que se agregan y que no pertenecen al proceso ideal o definido previamente, como retrasos, retrocesos, manipulaciones y almacenajes. Lo anterior ocurre por defectos, altos o bajos inventarios pre-negociados, sobreproducción o información de venta equivocada.
• Inventarios: Se refiere al inventario extra que no fue negociado con el cliente. Aquí incluimos demasiada materia prima, exceso de WIP (inventario en proceso) y demasiado producto terminado. Los excesos de inventario también incluyen las partes que no han sido enviadas y las refacciones que nunca son usadas.
• Movimientos: Este término se refiere a los pasos extra que los empleados o los equipos toman debido a defectos, reprocesos, sobreproducción o un inventario muy bajo o excedido.
• Defectos: Son aspectos en los que los productos o servicios no están conformes a los requerimientos de nuestros clientes. Estos causan insatisfacción y, por ende, pérdida del mercado; además, ocultan costos por garantías, devoluciones o disputas con los clientes por multas o sanciones.

Reducción de Tiempos y Costos

Reducir el tiempo final

Consiste en reducir el tiempo total de todas las tareas o pasos inherentes al proceso de fabricación.

Ejemplos:

• El periodo de tiempo que hay entre recibir la orden del cliente y recibir el pago.
• El tiempo que toma transformar los materiales en producto final.
• El tiempo que toma introducir nuevos productos hasta obtener el primer diseño.

Reducir el costo total

El costo total abarca los costos directos e indirectos asociados con la producción del producto o servicio.

Tecnologías de Vanguardia

Internet de las Cosas (IoT)

El Internet de las Cosas se refiere a los dispositivos y sensores que envían y reciben datos a través de internet. Algunos ejemplos son los sensores de temperatura inteligentes en el congelador de un almacén.

Inteligencia Artificial

Junto con el aprendizaje automático (ML), los algoritmos de IA analizan grandes cantidades de datos para optimizar sus procesos. Tanto la IA como el ML permiten predecir las necesidades de mantenimiento, mejorar el control de calidad y analizar los costos y beneficios de diferentes procesos, materiales y estrategias.

Nuevos materiales

Los nuevos materiales, como los compuestos, el grafeno y los nanomateriales, abren la puerta a diferentes técnicas como la impresión 3D. Estos materiales ofrecen propiedades superiores como resistencia, durabilidad y ductilidad.

Industrias que Utilizan Manufactura Avanzada

• Aeroespacial y defensa
• Automotriz
• Dispositivos médicos y atención sanitaria
• Electrónica

5 Procesos de la Manufactura Esbelta

1. Definir el valor para el cliente.
2. Encontrar procesos que no agregan valor.
3. Flujo de proceso de trabajo.
4. Producir por órdenes del cliente.
5. Perfección.

Tipos de Manufactura Avanzada

Manufactura Aditiva (Impresión 3D)

La manufactura aditiva construye objetos capa por capa a partir de modelos digitales, lo que permite producir formas complejas con menos desperdicio de material. Se pueden utilizar impresoras 3D para crear productos muy personalizados.

Tipos de Manufactura Avanzada (Detalles Adicionales)

Manufactura Aditiva (Impresión 3D)

La manufactura aditiva construye objetos capa por capa a partir de modelos digitales, lo que permite producir formas complejas con menos desperdicio de material. Puede utilizar impresoras 3D para crear productos muy personalizados. Uno de los inconvenientes de la impresión 3D puede ser su falta de escalabilidad, ya que puede resultar difícil alcanzar grandes volúmenes de producción.

Robótica y Automatización

Los robots colaborativos o "cobots" trabajan junto al personal humano, realizando tareas como el montaje, la inspección y el almacenamiento de productos. Aunque los robots ocupan la mayor parte de la atención, no trabajan solos; se basan en software de automatización, lo que significa que el ser humano puede establecer reglas específicas.

Mayor seguridad de los trabajadores

Las partes interesadas son más conscientes del impacto medioambiental y social de las marcas que apoyan, priorizando entornos laborales seguros y eficientes.

Clasificación en Base al Número de Máquinas

1. Celda de una sola máquina (SMC): Consiste en una máquina de Control Numérico (CN) combinada con un sistema de almacenamiento de partes.
2. Celda de manufactura flexible (FMC): Consiste en dos o tres estaciones de trabajo, además de una parte del sistema de manejo.
3. Sistema de manufactura flexible (FMS): Tiene 4 o más estaciones de proceso conectadas mecánicamente por un mismo sistema de manejo y electrónicamente por un sistema computacional distribuido.

Clasificación en Base al Nivel de Flexibilidad

FMS de orden aleatorio: Es más apropiado cuando la familia de productos es muy grande y hay variaciones sustanciales en las configuraciones de las partes.

FMS: Sistema de Manufactura Flexible

Componentes de FMS

1. Estaciones de trabajo.
2. Sistema de almacenamiento y manejo de material.
3. Sistemas de control computarizado.
4. Recursos humanos.

Estaciones de Trabajo

• Carga y descarga: Se puede llevar a cabo manualmente, con procesos automatizados o una combinación de ambos, garantizando la seguridad.
• Estaciones de maquinado: Utilizan máquinas de control numérico y se emplean para partes rotacionales y no rotacionales.
• Otras estaciones de proceso: El FMS se aplica a otras operaciones además del maquinado; por ejemplo, la fabricación de hojas de metal, que consiste en punching (punzonado), shearing (cizallado), bending (doblado), etc.
• Ensamblado: Algunos FMS son diseñados para llevar a cabo operaciones de ensamblaje. Generalmente son robots programados para realizar varias tareas en secuencia y movimientos para acomodar diferentes productos.
• Otras estaciones y equipo: La inspección puede ser incorporada al FMS, así como la limpieza de piezas, arreglo de tarimas, sistemas centrales de refrigeración, etc.

Manufactura Automatizada

La automatización de la fabricación en entornos de manufactura implica el uso de maquinaria para optimizar sistemas o procesos. El objetivo principal es mejorar la capacidad de producción al tiempo que se reducen los costos.

Automatización Fija

También conocida como "automatización dura", se refiere a un sistema diseñado para una tarea específica, lo que dificulta cambiar entre diferentes estilos de productos. Sus características incluyen barreras de entrada elevadas y tasas de producción rápidas. La programación está en los engranajes, levas, cables y otros componentes del hardware de las máquinas. Es adecuada para productos de ensamblaje automatizado, procesos químicos y líneas de transferencia en la industria automotriz.

Automatización Programable

Los fabricantes emplean automatización programable para fabricar productos en lotes. El número de mercancías en estos lotes puede variar desde varias docenas hasta varios miles. Se requiere tiempo de inactividad cada vez que es necesario modificar y reprogramar el equipo para un nuevo producto.

Comparativa de Automatización

Automatización Fija: Para la fabricación rápida de un solo estilo de producción, la automatización fija funciona mejor. Ejemplos incluyen:

• Líneas de ensamblaje con automatización.
• Métodos utilizados en la fabricación de productos químicos.

Automatización Programable: Es ideal para fabricantes que producen varios lotes de productos.

Automatización Flexible

Es la forma más versátil de automatización, capaz de producir eficientemente diversos productos similares y manejar cambios sin problemas. Un ejemplo es un brazo robótico que se puede programar para realizar diversas operaciones como insertar tornillos, taladrar agujeros, lijar, soldar, insertar remaches y pintar con aerosol. Los fabricantes emplean robots industriales para:

• Soldadura por arco.
• Soldadura por puntos.
• Manipulación de materiales.

La manufactura avanzada utiliza la tecnología para mejorar los procesos exigentes, simplificar los flujos de trabajo de producción y potenciar la creación de nuevos productos. Su objetivo es aumentar la productividad mejorando la flexibilidad y la capacidad de personalización.

Ventajas para la Empresa

• Altos niveles de integración tecnológica: Uso de tecnologías de vanguardia como Inteligencia Artificial (IA) y soluciones robóticas avanzadas.
• Digitalización y conectividad: Implementación de herramientas y plataformas digitales para unificar datos.
• Sustentabilidad y eficiencia: Enfoque en procesos energéticamente eficientes que reducen los residuos.
• Personalización: Adaptación de los procesos para dar cabida a productos altamente especializados.
• Desarrollo de la mano de obra: Capacitación de empleados para manejar maquinaria avanzada.

Distintivos de la Manufactura Avanzada

En un modelo de manufactura tradicional, muchos flujos de trabajo están desarticulados o aislados. El modelo de manufactura avanzada invierte este concepto. Integrar sus flujos de trabajo y procesos requiere una plataforma de Planificación de Recursos Empresariales (ERP).

En el backend, estas herramientas dan prioridad a la recopilación de datos. Se puede recopilar información sobre cada proceso y pieza de maquinaria para analizar el rendimiento de la organización.

Nota: El backend es la parte del desarrollo que se encarga de que toda la lógica de un sistema funcione correctamente.

Estrategias de Manufactura

• Manufactura digital
• Manufactura Esbelta
• Sistemas de Manufactura Flexible

Manufactura de Precisión

Popular en la industria aeroespacial y de defensa, se centra en la creación de productos de alto rendimiento y exactitud.

Manufactura Sustentable

Integra consideraciones medioambientales para reducir residuos y consumo de energía. Esto hace que los productos sean más atractivos para los consumidores y reduce la huella de carbono.

Tipos de Manufactura Avanzada (Resumen)

Manufactura Aditiva (Impresión 3D): Construye objetos capa a capa a partir de modelos digitales. Permite producir formas complejas con menos desperdicio. Se pueden utilizar impresoras 3D para crear prototipos o productos personalizados, aunque su reto es la escalabilidad.

Manufactura Digital: Permite utilizar herramientas digitales para optimizar el rendimiento del producto.

Manufactura Esbelta: Arraigada en la minimización de residuos y maximización de la productividad. Las versiones modernas utilizan la automatización para reducir costos y elevar la eficiencia.

Objetivos de la Manufactura Esbelta

1. Mejorar la Calidad: La habilidad de satisfacer los requerimientos de los clientes. Es la razón principal para ser competitivo.
2. Eliminar el desperdicio: Cualquier actividad que consume tiempo, recursos o espacio, pero no agrega valor al producto o servicio.

Actividades típicamente desarrolladas por humanos

• Carga de materias primas al sistema.
• Descarga de piezas terminadas.
• Cambio y ajuste de herramientas.
• Mantenimiento y reparación de herramientas.

CNC: Control Numérico por Computadora

El CNC es el control automatizado de las herramientas de mecanizado mediante un software integrado en una microcomputadora adjunta a la máquina herramienta.

• NC (Control Numérico): Tecnología programable que utiliza señales digitales para controlar objetos automáticamente (posición y movimiento).
• Sistema NC: Sistema integrado de módulos de software y hardware que realiza las funciones de la tecnología NC.
• Sistema CNC: Sistema de control numérico que incorpora una computadora.

Beneficios del CNC

• Alta maquinabilidad: Permite completar curvas y superficies complejas imposibles de realizar con técnicas manuales.
• Alto valor económico: Ideal para producción a gran escala. Reduce errores de sujeción, ahorra transporte y disminuye la cantidad de máquinas necesarias.

Aplicaciones del CNC

• Industria manufacturera: Proporciona equipos avanzados para diversas industrias, como centros de mecanizado de cinco ejes para equipos militares, motores y cajas de cambios.
• Industria de la información: Requiere alta precisión y nanotecnología para sensores y comunicaciones.
• Industria de equipos médicos: Diagnóstico por TC, robots quirúrgicos y ortodoncia.
• Otras industrias: Iluminación, textil, embalaje, carpintería, procesamiento de piedra y grabado de vidrio.

Tendencias y Características

Las máquinas CNC tienden hacia la alta velocidad y precisión. Una máquina CNC utiliza el control numérico para gestionar tornos, amoladoras y otras herramientas.

Elementos principales de la tecnología CNC:

• Marco o bancada de la máquina.
• Sistema de control.
• Tecnología periférica.

Características clave:

• Alta precisión: Consistencia en piezas del mismo lote.
• Alta eficiencia: Capacidad de corte en grandes cantidades.
• Alta adaptabilidad.

Sistema de Almacenamiento y Manejo de Materiales

Funciones principales:

• Movimiento independiente de piezas entre estaciones.
• Manejo de diferentes configuraciones de piezas.
• Almacenamiento temporal.
• Acceso conveniente para carga y descarga.
• Compatibilidad con control computacional.

Equipo de manejo de materiales: El sistema primario es responsable de mover las piezas entre las estaciones.

Configuraciones de layout de FMS:

• Distribución en línea.
• Distribución circular.
• Distribución tipo escalera.

Estaciones y Confiabilidad

Incluye estaciones de control y de proceso. La alta confiabilidad es un indicador clave; que la máquina mantenga su rendimiento, precisión y eficiencia depende de este factor. El equipo moderno es inteligente, en red, flexible e integrado, buscando la optimización automática de los parámetros del proceso.