Sistema de fabricación flexible

Un sistema de fabricación flexible ( FMS , por sus siglas en inglés) es un sistema de fabricación que posee cierto grado de flexibilidad , lo que le permite reaccionar ante cambios, ya sean previstos o imprevistos. La idea básica del sistema es:

• Utilice todas las máquinas conectadas (similares) como recursos paralelos, lo que significa que cada máquina puede fabricar cada operación de cada pieza, aumentando así la utilización de las máquinas conectadas y
• Separe la tarea de las operaciones humanas (sujeción y liberación de piezas) de la tarea de las máquinas realizando la sujeción de las piezas en estaciones de preparación separadas en lugar de hacerlo en la mesa de la máquina, consolidando así la necesidad de trabajo humano en períodos más largos, con la posibilidad de realizar operaciones totalmente automatizadas entre ellas.

Esta flexibilidad se suele clasificar en dos categorías, cada una de las cuales contiene numerosas subcategorías.

• La primera categoría se denomina flexibilidad de enrutamiento, que abarca la capacidad del sistema para modificarse y producir nuevos tipos de productos, así como la capacidad de cambiar el orden de las operaciones ejecutadas en una pieza.
• La segunda categoría se denomina flexibilidad de la máquina, que consiste en la capacidad de utilizar varias máquinas para realizar la misma operación en una pieza, así como la capacidad del sistema para absorber cambios a gran escala, como en el volumen, la capacidad o la funcionalidad.

La mayoría de los sistemas de fabricación flexible constan de tres sistemas principales:

1. Las máquinas de trabajo suelen ser máquinas CNC automatizadas, normalmente de 4 o 5 ejes.
2. Los centros están conectados por un sistema de manipulación y almacenamiento de materiales que incluye las estaciones de preparación.
3. El ordenador de control central planifica la producción y controla el movimiento de materiales y el flujo de la maquinaria.

La principal ventaja de un sistema de fabricación flexible es su gran flexibilidad para gestionar los recursos de fabricación, como el tiempo y el esfuerzo necesarios para fabricar un nuevo producto.

La mejor aplicación de un sistema de fabricación flexible se encuentra en la producción repetitiva aleatoria de pequeños conjuntos de productos, como los de la producción en masa .

• Coste de fabricación reducido .
• Menor coste por unidad producida.
• Mayor productividad laboral.
• Mayor eficiencia de la máquina .
• Calidad mejorada .
• Mayor fiabilidad del sistema.
• Inventarios de repuestos reducidos.
• Adaptabilidad a las operaciones CAD/CAM.
• Plazos de entrega más cortos.
• Mayor eficiencia.
• Aumentar el ritmo de producción.

• El coste de puesta en marcha inicial es elevado.
• Planificación previa sustancial.
• Se requiere mano de obra calificada.
• Sistema complicado.
• El mantenimiento es complicado.

La flexibilidad en la fabricación implica la capacidad de trabajar con piezas ligeramente o muy mezcladas, permitir variaciones en el ensamblaje de las piezas y en la secuencia del proceso, cambiar el volumen de producción y modificar el diseño de determinados productos que se fabrican.

Un sistema de fabricación flexible industrial consta de robots , máquinas controladas por ordenador, máquinas de control numérico computarizado (CNC), dispositivos de instrumentación , ordenadores, sensores y otros sistemas autónomos, como máquinas de inspección. El uso de robots en el segmento de producción de las industrias manufactureras promete una variedad de beneficios que van desde una alta utilización hasta un alto volumen de productividad. Cada célula o nodo robótico se ubicará a lo largo de un sistema de manipulación de materiales, como una cinta transportadora o un vehículo guiado automáticamente. La producción de cada pieza requerirá una combinación diferente de nodos de fabricación. El movimiento de las piezas de un nodo a otro se realiza a través del sistema de manipulación de materiales. Al finalizar el procesamiento de las piezas, las piezas terminadas se dirigirán a un nodo de inspección automática y, posteriormente, se descargarán del sistema de fabricación flexible.

El tráfico de datos del FMS se compone de archivos grandes y mensajes cortos, y proviene principalmente de nodos, dispositivos e instrumentos. El tamaño de los mensajes varía entre unos pocos bytes y varios cientos de bytes. El software ejecutivo y otros datos, por ejemplo, son archivos de gran tamaño, mientras que los mensajes de datos de mecanizado, comunicaciones entre instrumentos, monitorización del estado e informes de datos se transmiten en archivos pequeños.

También existe cierta variación en el tiempo de respuesta. Los archivos de programa grandes de una computadora principal suelen tardar unos 60 segundos en descargarse en cada instrumento o nodo al inicio de la operación del FMS. Los mensajes con datos de los instrumentos deben enviarse periódicamente con un retardo de tiempo determinista. Otros tipos de mensajes utilizados para la notificación de emergencias son bastante cortos y deben transmitirse y recibirse con una respuesta casi instantánea.

La necesidad de un protocolo FMS fiable que admita todas las características de los datos FMS es ahora urgente. Los protocolos estándar IEEE existentes no satisfacen completamente los requisitos de comunicación en tiempo real en este entorno. El retardo de CSMA/CD es ilimitado a medida que aumenta el número de nodos debido a las colisiones de mensajes. El bus de token tiene un retardo de mensaje determinista, pero no admite el esquema de acceso prioritario necesario en las comunicaciones FMS. El anillo de token proporciona acceso prioritario y tiene un bajo retardo de mensaje; sin embargo, su transmisión de datos no es fiable. Un fallo en un solo nodo, que puede ocurrir con bastante frecuencia en FMS, provoca errores de transmisión al pasar el mensaje en ese nodo. Además, la topología del anillo de token implica una instalación de cableado y un coste elevados.

Se requiere un diseño de comunicación FMS que admita comunicación en tiempo real con retardo de mensaje limitado y que reaccione con prontitud ante cualquier señal de emergencia. Debido a que las fallas y el mal funcionamiento de las máquinas por calor, polvo e interferencias electromagnéticas son comunes, se necesita un mecanismo de priorización y la transmisión inmediata de mensajes de emergencia para poder aplicar un procedimiento de recuperación adecuado. Se propuso una modificación del bus de token estándar para implementar un esquema de acceso priorizado que permita la transmisión de mensajes cortos y periódicos con un retardo bajo en comparación con el de los mensajes largos. ^{[ 1 ]}

• Flexibilidad en la fabricación: una revisión de la literatura . Por A. de Toni y S. Tonchia. International Journal of Production Research, 1998, vol. 36, n.º 6, 1587-617.
• Control informático de sistemas de fabricación . Por Y. Koren. McGraw Hill, Inc. 1983, 287 págs., ISBN 0-07-035341-7
• Sistemas de fabricación: teoría y práctica . Por G. Chryssolouris. Nueva York, NY: Springer Verlag, 2005. 2.ª edición.
• Diseño de sistemas de producción flexibles: metodologías y herramientas . Por T. Tolio. Berlín: Springer, 2009. ISBN 978-3-540-85413-5

• Gestión ágil
• Fabricación ajustada

• Vídeo 1 de FMS
• Vídeo 2 de FMS