Automatizacion De Procesos

Automatización de Sistemas de Producción Transparencias de la Asignatura

1º Ingeniero en Automática y Elec. Industrial 5º Ingeniero Industrial Fabio Gómez-Estern. Depto. De Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla. Curso 2004-2005

Tema 1: Introducción Indice de contenidos



Definición de Automatización Tipos de sistemas de producción   




Tasas de Produción, Variabilidad de la produción Tipos de producción según la tasa Sistemas de apoyo a la producción

Automatización en sistemas de producción 

Tipos de sistemas automáticos de fabricación











Autom. Fija, programable y Flexible: característica Comparación

Automatización del sistema de apoyo

Razones para la automatización y la mano de obra Principio ESA de automatización. Estrategias Plan de migración hacia un sistema automático Conceptos cuantitativos

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1

Definición de Automatización


Definición de Automatización: 




Tecnologías asociadas con la aplicación de sistemas de tipo mecánico, electrónico y basado en ordenador, a la operación y control de la producción

Tecnologías involucradas:       

Máquinas herramientas para el procesado de piezas Máquinas de ensamblaje Robots industriales Sistemas de movimiento y almacenaje automático del material Sistemas de inspección para control de calidad Sistemas realimentados y control por computador Sistemas basados en ordenaedor para planificación, adquisición de datos y soporte para la toma de decisiones

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Sistemas de producción


Se clasifican en:  




Partes discretas Flujo de material

Se dividen en dos partes 

Infraestructuras












Sistemas de apoyo a la fabricación

Tasas de producción



¡ Fuerte Correlación!







Planta Maquinaria de producción Maquinaria de mecanizado Equipamiento de Inspección Ordenadores que controlan el proceso Distribución en planta: Agrupaciones Lógicas  Celda única, Línea, clusters…

Baja: 1 a 100 uds/año Media: 100 a 10000 uds/año Alta 10000 uds/año a millones

Variabilidad de la producción: diferencias en estilo, función, forma. Número de variaciones al año. 

Variaciones “duras” o “blandas”, según el número de componentes en común entre las variantes

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Sistemas de producción: Infraestructuras


Tasas de producción







Baja: 1 a 100 uds/año Media: 100 a 10000 uds/año Alta 10000 uds/año a millones

Variabilidad de la producción: diferencias en estilo, función, forma. Número de variaciones al año.

¡ Fuerte Correlación!

Variaciones “duras” o “blandas”, según el número de componentes en común entre las variantes



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Sistemas de producción: Infraestructuras Producción en baja escala



De 1 a 100 unidades/año Tipo de fábrica: Job Shop   

Baja tasa de producción, incluso menos de 1 al año Producto especializado y a medida Producto complejo


  

Barcos, aviones, cápsulas espaciales, maquinaria especial

Puede incluir la fabricación de componentes Equipamiento de propósito general Personal de alta cualificación

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Sistemas de producción: Infraestructuras Producción en baja escala


Criterios de diseño de un Job Shop  

Máxima flexibilidad para una variabilidad dura Si el producto es grande y pesado: Distribución fija:  Objeto fijo (al final o durante todo el proceso) y  maquinaria móvil dispuesta en torno al objeto






Los componentes intermedios se fabrican en plantas con distribución orientada al proceso

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Sistemas de producción: Infraestructuras Producción en baja escala


Criterios de diseño de un Job Shop  

Máxima flexibilidad para una variabilidad dura Si el producto es grande y pesado Distribución fija:  



Objeto fijo (al final o durante todo el proceso) y maquinaria móvil dispuesta en torno al objeto

Los componentes se fabrican en plantas con Distribución orientada al proceso







Tornos en una zona, soldadura en otra… Lotes. Ruta determinada por Secuencia de Procesado Flexible No altamente eficiente Uso intensivo Dispositivos de almacenaje y transporte Inventario “en proceso” alto

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Sistemas de producción: Infraestructuras Algunas distribuciones de planta

Fija (Job Shop)

Orientada al proceso

En celdas

Orientada al producto

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Sistemas de producción: Infraestructuras Producción en cantidades medias



100- 10000 unidades al año Según variabilidad: 

DURA








Lotes de 1 producto Tiempo de preparación para el cambio: changeover time Productividad Lote > demanda (Permite cambiar) Gestión de Stocks Distribución típica: Orientada a proceso

BLANDA:








Changeover pequeño Grupos de piezas similares se hacen en el mismo equipo sin cambios Ensamblaje y procesado en celdas consistentes en varias máquinas Cada celda se especializa en un rango de variabilidad de las piezas → Cell manufacturing. Group Technology

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Sistemas de producción: Infraestructuras Producción en cantidades grandes
>10000 unidades al año. “Producción en masa”
Alta demanda
2 Categorías: 

Cantidad (Piezas sencillas)






Uso de máquinaria estándar + Equipamiento especial (matrices, equip. De movimiento del material) DISTRIBUCIÓN ORIENTADA A PROCESO

Flujo (ej. Automóviles)








Múltiples estaciones organizadas en secuencia El producto avanza a lo largo de la secuencia Maquinarias y trabajadores especializados Situación de estaciones para maximizar eficacia D.O. a PRODUCTO Cintas transportadoras En cada estación, procesado sencillo, pero rápido Según variedad  Línea de prod. De modelo único  Línea de prod. De modelo mixo

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Tasas de producción - Comparación

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Sistemas de apoyo a la producción Conjunto de sistemas y procedimientos que afectan de manera indirecta a la producción con el fin de operar la infraestructura eficientemente.




Ejemplos: Diseño de procesos y equipos, Planificación y control de los pedidos y el stock, Control de calidad, Herramientas SAP,



Involucra un ciclo de actividades de proceso de información




Tareas relacionadas con la gestión comercial, negocios, contratos Diseño del producto Planificación de la producción Control de la fabricación

1. 2. 3. 4.

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Sistemas de apoyo a la producción Gestión de negocios

1.

Medio de comunicación con el cliente. Determina el principio y el final del ciclo de gestión de la información Incluye: ventas, marketing, predicción de ventas, análisis de mercado, gestión de pedidos, contabilidad de costes, facturación.






Diseño del producto

2.

Proporcionado por el cliente. Especificado por el cliente. Incluye: I+D+IT, ingeniería, dibujos , prototipos, etc.






Planificación de la producción

3.

Planificación del proceso: determina la secuencia de procesado. Planificación de la producción. Asignar recursos para implementar la secuencia de procesado. Da lugar al plan maestro de producción.








Incluye la compra de material, planificación de la capacidad de las estaciones y de la planta total, etc.

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Sistemas de apoyo a la producción Control de la fabricación

4.

Gestión de la parte física de la fabricación. Comprende












Control a nivel de planta: controla el progreso del producto. Control a nivel de inventario: controla el equilibrio entre escasez de materia prima y exceso de material inventariado (inmovilizado) Control de calidad: inspecciones.

Integración de entre infraestructuras y sist. de apoyo




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Automatización en sistemas de producción Clasificación de elementos de automatización




Sistemas de fabricación automáticos:






Máquinas herramientas de procesado, Líneas de producción automática, Máquinas de ensamblaje automático, Sistemas de fabricación con robots industriales, Sistemas Automáticos de almacenamiento de material, Sistemas de inspección y control de calidad automáticos.

Sistemas automáticos de apoyo a la fabricación.

Dentro del primer grupo (SFA), tipos de Automatización


  

Fija Programable Flexible

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Automatización del sistema de fabricación Automatización Fija Secuencia de procesado fija determinado por la situación del equipo.






Cada operación es un proceso simple en la secuencia: rotación, alineamiento, taladrado La complejidad está en el conjunto de operaciones

Características (las de sistemas de prod. “en masa”)


    

Gran inversión inicial en equipos a medida. Altas tasas de producción. Relativamente inflexible a la hora de acomodar variaciones. Su uso está justificado cuando se requieren altas tasas de producción, El elevado coste inicial se distribuye en las múltiples uds. fabricadas.

Ejemplos:


 

Líneas de mecanizado Máquinas de ensamblaje automático

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Automatización del sistema de fabricación Automatización Programable El equipo tiene la capacidad de cambiar la secuencia de operación mediante programa para adaptarse a variaciones del producto. Características



  



Alta inversión en equipos de propósito general. Tasas de producción inferiores a la Automatización Fija. Flexibilidad para acomodar tratar con variaciones en el diseño y la configuración del producto. Adecuado para los sistemas de producción por lotes.

Funcionamiento. Al final de cada lote, se realizan los cambios en la configuración, o changeovers:






Reprogramación de robots, máquinas de CN y demás dispositivos programables. Modificaciones físicas en las herramientas (fijaciones, brocas…)

Ejemplos:




Robots industriuales, Control numérico, PLCs, relés programables.

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Automatización del sistema de fabricación Automatización Flexible Extensión de la Automatización Programable (años ). El tiempo de actualización (changeover time) es mucho menor que en la A.P. Sólo es posible para variaciones blandas. No existen lotes. Características







Alta inversión en equipos a medida. Producción continua de mezclas variables de productos. Tasas de producción media. Flexibilidad para acomodar variaciones en el diseño del producto.

 

 

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Resumen Tipos de Automatización

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Automatización del sistema de apoyo a la producción Objetivo: reducir el esfuerzo humano en




Diseño de productos. Planificación y Control de la producción. Tareas de gestión del negocio.

  

Compter Aided Manufacturing (CIM)




Engloba todas las aplicaciones que automatizan las tareas de apoyo. Incluye

 







CAD: diseño del prducto CAM: diseño de proceso a partir del producto CAD/CAM: itegración de ambos en un solo programa. También tiene en cuenta las funciones de gestión: ERP(Enterprise Resource Planning).

En general CIM=CAD+CAM+(Autom. de la gestión).

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Razones para Automatizar Discusión ¿Sabemos por qué automatizamos? No siempre! Razones





Incrementar la productividad. Reducir el coste de mano de obra. Mitigar la escasez de mano de obra en sector. Reducir o eliminar trabajos rutinarios (en planta u oficinas). Mejorar la seguridad del trabajador. Pasa a supervisar enlugar de “manipular”. Nuevas regulaciones. Mejora de calidad en el producto

1. 2. 3. 4. 5.

6. 

Uniformidad, Ajuste a especificaciones, Menos piezas defectuosas

Reducir el MLT (Manufacturing Lead Time)

7. 

Ventaja competitiva frente al cliente, y ahorro en material inmovilizado.

Realizar tareas imposibles a mano.

8.  

Miniturización, complejidad geométrica, temperaturas, sensibilidad componentes. Ejemplos: circuitos integrados, Prototipado rápido, Superficies matemáticas en CN.

Evitar alto coste de no automatizar

9.  

Intangible a medio plazo Ejemplos: repercusión en calidad, ventas, relaciones laborales, imagen de marca, opciones que se abren una vez implantado el sistema.

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Mano de obra en sistemas de producción Discusión Tras la automatización, ¿hay lugar para la mano de obra en los sistemas de producción? Sí, pero cada vez menos en contacto con el proceso. Razones económicas asociadas a la globalización: China, México, Sudeste Asiático. Además,









1. 2. 3. 4. 5.

Tareas difíciles de automatizar Ciclo de vida del producto Encargos a medida Absorber variaciones en la demanda Reducir riesgos de fracaso en la inversión (migración gradual)

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Principios y estrategias de automatización Principio USA Principio USA. “Entender, Simplificar y Automatizar”




Entender los detalles del proceso



Entradas Salidas Función en el proceso Cadena de valor Orden de las operaciones y justificación ¿Se pueden combinar? Modelo matemático del proceso










Simplificar



Eliminar pasos innecesarios Emplear la tecnologia adecuada





Automatizar. 10 Estrategias (no mutuamente excluyentes)

 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Especialización de operaciones Operaciones combinadas Operaciones simultáneas Integración de operaciones Mayor flexibilidad (en producción media y job shop) Manipulación del material Inspección en línea (en lugar de al final de la cadena) Control del proceso y optimización (control óptimo al nivel del proceso) Control de las operaciones al nivel de planta CIM

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Principios y estrategias de automatización Estrategia de migración a un sistema automatizado Necesitamos introducir un nuevo producto en el mercado a corto plazo. Inicialmente: estaciones manuales.







Si el producto tiene éxito en el mercado procedemos a la migración hacia un sistema automático. Fases:




 






Para aumentar la tasa de producción se duplican las estaciones y se agrupan en celdas de trabajo

FASE 1: Producción manual en celdas de 1 sola estación FASE 2: Producción automatizada en celdas de 1 sola estación operando independientemente. (Tras observar un aumento en la demanda). FASE 3: Producción automática integrada, si la demanda está garantizada para varios años. Se automatiza la transferencia entre estaciones (integración)

Ver esquema..

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Principios y estrategias de automatización Estrategia de migración a un sistema automatizado

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Generalmente se trata de simplificaciones Deseamos calcular la tasa de producción, en piezas por ud. de tiempo, asociada a una operación de procesado o ensamblaje. Depende del tipo de factoría. Tiempo de ciclo. Independientemente del tipo de producción, el tiempo que tarda en ser procesada una unidad de trabajo (tiempo desde que entra una pieza en la máquina hasta que entra la siguiente). Tc=To+Th+Tth (Procesado, almacenamiento/movimiento, ajuste de herramientas) PRODUCCIÓN POR LOTES








1.   



Inicialmente suponemos una sola máquina. Lotes de Q unidades. Para procesar el lote Tb=Tsu+Q*Tc Es el tiempo invertido para la producción de un lote. El tiempo medio para la producción de una pieza, para una máquina dada Tp=Tb/Q La tasa de producción, por hora de la máquina, será Rp=60/Tp.

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción JOB SHOP

2.

Lotes de una 1 unidad de trabajo: Q=1, Tp=Tsu+Tc



PRODUCCIÓN EN MASA

3.

Más complicado, por la interdependencia entre las máquinas de una línea. Tipo Cantidad

 


Rp=Rc=60/Tc

(Tsu/Q es despreciable al crecer Q)

Tipo Flujo (línea de producción)





Tc=Tr+max(To) Rp=60/Tc

(Tr es el tiempo de transferencia entre estaciones en la línea)

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN (o capacidad de planta)




 

Máxima tasa de salida de unidades que una factoría o línea de producto, puede alcanzar bajo un conjunto determinado de condiciones de trabajo. Depende del horario de trabajo (máx 168hr/sem). Basándose en los modelos anteriores de tasa de producción semanal

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Capacidad de producción Capacidad de producción




    

PC=nSHRp H=Número de horas laborales/turno (normalmente 8) S=Número de turbos por semana N= número de centros de trabajo (en paralelo) Rp tasa de producción horaria de cada centro de trabajo (Uds./hora) Se ha supuesto una tasa homogénea de producción Rp en los centros de trabajo. En caso contrario, reemplazar por sumatorio.

Ejemplo: sección de torneado de piezas


    

6 máquinas, todas tratan el mismo tipo de pieza 10 turnos/semana Turnos de 8h en promedio Tasa de producción promedio de cada máquina: 17 uds/hr Determinar la tasa de producción semanal de la sección de torneado. PC=6(10)(8)(17)=8160 uds/semana

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Capacidad de producción Si consideramos la posibilidad de que cada unidad de trabajo atraviese no operaciones PC=nSHRp/no




no= número de operaciones distintas a través de las cuales el trabajo es rutado.

Cambios para mejorar la tasa de producción




A corto plazo: S,H A medio plazo:

 




Incrementar n, número de centros de trabajo en paralelo Mejorar Rp introduciendo cambios en la tecnología Reducir el número de operaciones en secuencia no para cada pieza, usando operaciones combinadas, operaciones simultáneas o integración de operaciones.

Estas medidas son ideales. Las tasas reales serán inferiores.




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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Utilización y disponibilidad Utilización: la cantidad realmente producida por la planta en relación a su capacidad U=Q/PC




Q= cantidad producida en el mismo periodo para el que se calcula PC

Ejemplo:








Máquina trabajando 80hrs/semana (2 turnos/día, 5 días). Tasa de la máquina: 20 uds/hora. Durante 1 semana, produjo 1000 piezas y quedó inactiva el resto del tiempo. Determinar capacidad y utilización.

Disponibilidad: medida de la fiabilidad de la maquinaria.


 

MTBF: Mean time between failures MTTR: Mean time to repair A=(MTBF-MTTR)/MTBF

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(%)

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Tiempo de fabricación La Utilización y la Disponibilidad condicionan la capacidad real de la planta.




Q=AU(nSHRp)

Ejemplo: calcular la capacidad real del ejemplo de l diap. 28 con una utilización del 80% y una disponibilidad del 90% Q=5875 uds/semana TIEMPO DE FABRICACIÓN (MLT: Manufacturing Lead Time)







Es el tiempo desde que se inicia la producción de una unidad hasta que sale al mercado, en minutos o horas. Distingue









Tiempo de ciclo en una estación (Tc) Tiempo no operativo Tno=almacenamiento temporal, inspecciones, otros retrasos

En producción por lotes suponemos tiempo de preparación Tsu MLTj=ni=1 (Tsu+Qj*Tcji+Tnoji). oj MLT=no(Tsu+Q*Tc+Tno). (simplificado)



Lote de piezas de tipo j. El índice i indica el número de operación en la secuencia.

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Tiempo de fabricación Ejemplo:


      




Determinar el tiempo de salida al mercado de un lote de producto en días Lote de 100 unidades. El producto es rutado en 5 operaciones Tiempo de puesta a punto: 3hr/operación Tiempo medio por operación: 6 minutos Tiempo no operativo medio: 7 horas por operación 1 turno diario de 8 horas MLT=5(3+100x0.1+7)

Tiempo de fabricación en Job Shop (Q=1) MLT=no(Tsu+Tc+Tno)




Tiempo de fabricación producción en masa (cantidad), muchas unidades en una sola máquina




Tiempo de fabricación producción en masa (flujo)

MLT=Tc MLT=no(Tr+Max To)=noTc Automatización de Sistemas de Producción.

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Work in Process. Costes
Work in Process (WIP) Cantidad de piezas existentes en la fábrica en un momento dado. (Inventario inmovilizado en proceso). WIP=AU(PC)(MLT)/SH



COSTES EN PRODUCCIÓN




Fijos Variables Comparación M/A:

  

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Costes de producción
Tipos (según origen) Mano de obra: DLC (u.m./año) Material Otros

  





Sobrecostes anuales de la factoría (FOHC)  Amortización  Impuestos  Aire acondicionado  Consumo de energía maquinaria Sobrecostes anueales de la compañía (COHC)  Ejecutivos  Marketing  Contabilidad  Asosería legal  Ingenieros

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Supervisión

planta

Seguros Luz Personal

de seguridad

Envíos

I+D Personal

de apoto impuesto Espacio oficinas Seguros,

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Costes de producción
Factory Overhead Rate (FOHR) 

Coste de la fábrica relativo a la mano de obra FOHR=FOHC/DLC

Company Overhead Rate (COHR)




Coste de la compañía relativo a la mano de obra COHR=COHC/DLC

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Conceptos cuantitativos en sistemas de producción Costes de maquinaria
Coste anual uniforme (CAU) de una máquina     

IC=coste inicial Dependencia funcional CAU=IC(A/p,i,n) (A/p,i,n)=i(1+i)n/((1+i)n-1) i=tipo de interés n=años de vida del equipo

El CAU se convierte en una tasa horaria dividiendo el coste por el número de horas de funcionamiento del equipo al año: Cm El coste de FOH ahora se divide por DLC y por CAU







Coste producción por hora de un centro de trabajo Co=Cm(1+FOHRl)+Cm(1OHRm)

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas en sist. de producción. Procesado
Operaciones básicas en producción Procesado Operaciones de ensamblaje Movimiento y almacenaje del material Inspección Control

    

1. PROCESADO




Tipos







Básico Secundario Mejora de propiedades físicas Acabado

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Procesado (II)
PROCESOS EN FABRICACIÓN Fundición Trabajos en frío y calor

 





Forja Extrusión Laminación Marcado







Mecanizado de piezas







Torneado Desbastado, alisado Taladrado Escariado







Squeezing Crushing (aplastado) Piercing (Perforación) Curvado (Bending) Escariado Serrado Broaching Fresado

Acabado de superficie







Barnizado Pintado Anodizado Galvanizado

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Procesado (III)
TRABAJO DEL METAL EN CALIENTE Descripción Ventajas

 






Menor Porosidad (burbujas) Mejora algunas props. Físicas (Ductilidad, resistencia al impacto, resistencia) Ahorro de energía

Inconvenientes






Oxidación a altas temperaturas Peor acabado superficial Equipo y mantenimiento caros (relativo)

Ejemplos mas importantes:







Laminación Forja Extrusión Fabricación de tubos

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Procesado (IV)
TRABAJO DEL METAL EN CALIENTE LAMINACIÓN












Descripción: deformar el material Cilindros Varias pasadas Caja de laminación Tren continuo Suele ser en caliente Temperaturas 950 a 1150ºC Perfiles mediante canales anulares en los cilindros Enfriado y operaciones de acabado en la plana de laminación Tipos

FORJA









Descripción En caliente, sólido Tipos  Martillo (yunque, matriz)  Cilindros enfrentados. Ventajhas Buenas propiedades. Rápido. Coste de las matrices (difícil en baja tirada)

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Procesado (V) TRABAJO DEL METAL EN CALIENTE (cont)




EXTRUSIÓN








Descripción: “pasta de dientes” Muy usado metal en caliente, pero también plásticos Elementos: metal, matriz, prensa horizontal Longitudes largas, variedad de productos También: forrado plástico de cables

FABRICACIÓN DE TUBOS




Dos tipos de técnicas  Con soldadura: curvar en caliente y soldar.  Sin soldadura  Piercing  Extrusión

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Procesado (cont) TRABAJO DEL METAL EN FRÍO




Técnicamente se trata el metal por debajo de la temperatura de recristalización, aunque en la mayor parte de los casos es temperatura ambiente. Profundos o superficiales. Mejores propiedades



 






Mejor acabado superficial (aspecto brillante) Dimensiones más exactas Prop físicas  Resistencia de fluencia (diagrama E-D)  Resistencia última (diagrama E-D)  Incrementa dureza  Disminuye la ductilidad.

Muchos de los procesos vistos pueden realizarse en frío.

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Procesado (cont) TRABAJO DEL METAL EN FRÍO




Algunos de lo procesos más significativos:








Spinning: dar forma al metal mientras éste gira Curvado Fabricación de moneda Remachado Embutido (embossing)

LA PRENSA




Muchas de las operaciones vistas se realizan por prensa. Estructura:

 



Base Martillo, cae sobre la base impulsado por una fuente de energía (principalmente hidráulica).

Equipamiento: muy variado, para trabajos específicos




Matrices, troqueles, punzonadoras.

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Prensa Según fuente de energía:


 

Según forma


  

 




Mecánicas Hidráulicas Estructura en C: Frecuentemente usada para estampado En Arco: piezas extensas SSE (Straitght side endframe) De laterales verticales: admite cargas mayores Tilting Horn

También existen diversos mecanismos para el movimiento del martillo (imágenes)

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Prensas tipo C

Capacidad 50Tm

Capacidad 75Tm

Capacidad 170Tm Capacidad 120Tm

Capacidad 150Tm

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Prensas tipo C. Fuente: www.beckwoodpress.com Generales

Two-post presses

Press brake

Four-post presses

C-frame presses

Straight Side Endframe (hasta 2000 Tm)

Específicas

Automated Presses

Powder compacting Compression molding

Multiple post

Tilting presses

Automated Press PLC receives inputs from pressure transducer, up stop proximity switch, and the servo feed system Allen Bradley SLC 5/05 PLC control system with Mitsubishi E600 interface

Advantages Quick Die Change, completely automated Feed Systems, Tooling Packages, Network Connectivity and Safety Guarding.

Prensa SSE: hasta 2000Tm

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Torneado (Lathe Machining) Una de las operaciones más habituales en mecanizado Algunos trabajos típicos



     

Cilindrado Torneado cónico Mandrilado Realización de gargantas Taladrado Fileteado o roscado

El más habitual: horizontal


   

Bancada Cabezal (transmite el movimeinto) Contracabezal Carro

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Torneado (Lathe Machining) Una de las operaciones más habituales en mecanizado Algunos trabajos típicos



     

Cilindrado Torneado cónico Mandrilado Realización de gargantas Taladrado Fileteado o roscado

El más habitual: horizontal


    

Bancada Cabezal (transmite el movimeinto) Contracabezal: sujeción de pieza, portar brocas, herramientas interior Carro: da movilidad a la herramienta Suele haber otras piezas de sujección para evitar el movimiento lateral.

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Torneado (Lathe Machining) Torno vertical:


 

no necesita contracabezal Eje de giro vertical

Torno al aire:


 

Horizontales pero sin contracabezal Bancada más baja, pensado para piezas de gran tamaño.

Automatización del torno:






Básicamente consiste en manejar varias herramientas de forma automática “Centro de torneado”

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Fresado (Milling)
La máquina más versátil
Permite la realización de operaciones muy diversas 

Refrentado, talle de engranajes…

El giro de una herramienta (fresa) permite retirar metal. La fresa toma muchas formas, según la operación. Componentes




 

Presa portapiezas Cabeza que gira, en la que se introduce la herramienta

Ejes de giro


  

Vertical Horizontal Universal

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Fresado (Milling)
La máquina más versátil
Permite la realización de operaciones muy diversas 

Refrentado, talle de engranajes…

El giro de una herramienta (fresa) permite retirar metal. La fresa toma muchas formas, según la operación. Componentes




 

Presa portapiezas Cabeza que gira, en la que se introduce la herramienta

Ejes de giro


  

Vertical Horizontal Universal

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Operaciones y conceptos básicos en automatización Operaciones básicas. Otras operaciones Rectificado






Es una operación de acabado o afinado de superficies mecanizadas por la acción abrasiva de una muela. Permite dar a las piezas sus dimensiones finales con un margen de tolerancia muy pequeño. Centro de rectificado

Galvanización






Consiste en revestir de zinc fundido un metal ferroso mediante baño. Protección contra la corrosión Galvanización

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Líneas de producción Automáticas Introducción Tradicionalmente, se atribuyen a Henry Ford Tipo Detroit Grandes tiradas (automatización fija) Línea de prod automática







Varias estaciones de trabajo Unidas mediante dispositivos de transferencia de piezas Simbolismo normalizado

  

Objetivos




Reducción costes laborales Incremento de la producción Reducción de WIP Minimizar desplazamientos y esperas de piezas Especializar operaciones

    

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Líneas de producción Automáticas Configuraciones

Configuraciones (teniendo en cuenta el flujo de piezas)




En línea (incluye giros de 90º) Rotatoria:

 









alrededor del dial Máquinas en la perifieria Posicionamiento secuencial en cada punto de trabajo Piezas pequeñas, pocas estaciones Pocas flexibilidad (buffers) Optimiza espacio

Métodos de transferencia







Se ocupa de la transferencia y el posicionamiento Tipos: Continua, Intermitente, Asíncrona

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Líneas de producción Automáticas Configuraciones. Métodos de transferencia

Métodos de transferencia




Continua




Movimiento piezas a velocidad constante

Intermitente o síncrona




Todas a la vez

Asíncrona









El movimiento se produce cuando el procesado ha terminado e cada estación Buffers de almacenamiento Más flexible Típico cuando existen estaciones manuales

Pallets




Con fijaciones que garantizan el posicionado

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Líneas de producción Automáticas Configuraciones. Mecanismos de transferencia

Mecanismos de transferencia




Dependiendo del movimiento lineal o rotatorio



Lineal






Sistema balancín (Walking Beam) Sistemas de rodillos Sistemas de cintas  Bandas flexibles  Cadenas

Movimiento rotatorio







Cremallera-piñón Trinquete-pawl Mecanismo Geneva Mecanismo CAM

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Líneas de producción Automáticas Automatización para operaciones de mecanizado Automatización para operaciones de mecanizado: fresado, taladrado. Ciertas máquinas permiten operaciones simultáneas sobre distintas piezas







Máquina de estación única Máquina de procesamiento circular (Rotary index) Máquina Trunnion

  




Piezas pequñas Tambor vertical para sujección Lados opuestos

Columna central,




Mecanizado por periferia e interior

Máquina Transfer.




La más habitual. Organización en línea, trans síncrona o asíncrona

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Sistemas de ensamblaje Introducción La mayor parte de productos discretos son ensamblados




Unión de 2 o más piezas para una nueva entidad





Subensablaje Ensamblaje

Tipos




Atado mecánico







 

Uniones roscadas (se pueden deshacer) Remaches Uniones a presión Costura

Soldadura Unión mediante adhesivos

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Sistemas de ensamblaje Estaciones de ensamblaje Tipos de estaciones




Manual única Línea de ensamblaje manual Línea de ensamblaje automáticas

  

Líneas manuales




Alta tasa El trabajo se puede descomponer Especialización Transfer entre estaciones

   





No mecánicas: starving, bloqueo Mecánicas: starving, producto incompleto

Balance de líneas de ensamblaje

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Sistemas de ensamblaje Balance de líneas Requisitos Tiempo de ciclo


  

Rp=Da/(50SH) (unidades/hora) E = eficiencia (en tanto por 1) Tc=60E/Rp (min por unidad)

La tarea de ensamblaje se divide en n subtareas elementales




    

Tek tiempo de la tarea elemental k Twc=nTek (k=1..n) Total work content Tsi=nTek (kXn) Tiempo invertido en la estaición i Número teórico de trabajadores w*=Twc/Tc (mínimo entero superior)

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Sistemas de ensamblaje Balance de líneas Asignar estaciones a las tareas (Algoritmo)


  

Diagrama de prcedencia Tiempos Tiempo de ciclo

Pasos


1. 2. 3.

4.

5. 6. 7.

Ordenar de mayor a menor tiempo num_estacion=1 Asignar a la estación num_estacion la primera tarea realizable (en tiempo: Tsi
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Sistemas de ensamblaje Balance de líneas


Ejemplo. Rp= 1 robot/5min. Eficiencia=90% Número

Descripción

Tiempo estimado (min)

Predecesoras

1

Montaje de encoders

2

Inserción de correas y reductoras

3

-

0,5

1

3

Montaje sistema electrónico de control de motores

1

1,2

4

Montaje de sensores de esfuerzo

3,5

1

5

Ensamblaje de articulaciones

0,7

11

3

1,2,3,8

6

Cableado integral del sistema

7

Fijación de la base y puesta a punto

2,9

9

8

Inserción de la garra final del robot

1,5

12

9

Inserción de cámara CCD en garra final

0,9

1,8

10

Montaje de la base del robot

2,8

8

11

Montaje de resolvers en articulaciones

3,7

-

12

Circuitería de potencia

3,5

1,11

13

Introducción de motores

1,4

1,5

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Sistemas de ensamblaje Balance de líneas
Solución: se sitúan las estaciones asignadas en línea.  

Dentro de cada estación se trabaja en serie. Entre estaciones, el trabajo es en paralelo 1, Ts1=0.8min

2, Ts2=0.7min

3, Ts3=0.9min

El tiempo de ciclo real será el de la estación más lenta (el resto tendrá tiempos muertos) Análisis del resultado: retraso de balance.





  

Mide el “desequilibrio entre estaciones D=(nTc-Twc)/nTc En caso de necesitar tiempo para transportar los elementos, Tr, las líneas se han de equilibrar contra un tiempo de servicio Ts=Tc-Tr (el resto igual, sustituyendo Tc por Ts)

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Sistemas de ensamblaje Conceptos Sistemas Automáticos de Ensamblaje




Muy ligado a la robótica Principal dificultado: los métodos tradicionales están pensados para personas Unión tornillo-tuerca:

 







Problemas de accesibilidad (ambas caras de la pieza) Dificultad en hacer coincidir roscas y tornillos Hacer que el tonillo empiece a girar, sujetándolo antes del agarre DIFICIL DE AUTOMATIZAR

Automatización de ensamblaje=revisión de los métodos de unión. Ideas:








Reducir la cantidad de ensablajes durante el diseño: ej. Usar piezas moldeadas en plástico en lugar de ensambladas. Escoger técnicas que se adapten mejor: ej. menos tornillos y más uniones a presión.

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Sistemas de ensamblaje automáticos Conceptos Automatización de ensamblaje=revisión de los métodos de unión. Ideas: (cont)








Limitar las direcciones de acceso. Idealmente todos los componentes se ensamblan desde arriba en dirección vertical Necesidad de alta calidad de los componentes: Una diferencia de 1mm en soldadura puede ser letal.

Configuraciones, incluyendo los sistemas de transferencia. (Ver diap. siguiente)




   

Sistemas en línea (a) Tipo dial (rotatorio) (b) Tipo carrousel (c) Estación única (d)

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Diapositiva 65

Sistemas de ensamblaje automático Configuraciones

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Sistemas de ensamblaje automáticos Configurraciones en ensamblaje: usos
Cada configuración está recomendada para un método de transferencia distinto Método de transferencia Configuración

¿Pieza base estacionaria?

Continuo

Síncrono

Asíncrono

En línea

No

Inusual

Sí

Sí

Dial

No

Inusual

Sí

No

Carrousel

No

Inusual

Sí

Sí

Est. única

Sí

No

No

No

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Sistemas de ensamblaje automáticos Dispositivos de alimentación
Tolvas: 



contenedor donde se cargan los componentes usados en la estación (una por cada tipo de componente). Almacenamiento masivo, no importa posición ni orientación

Alimentador de piezas:






Mecanismo que coge elementos de la tolva uno a uno para enviarlos a la estación de trabajo. Normalmente tolva y alimentador forman un único dispositivo.

Selector y/o orientador:








Son los sistemas encargados de asegurar la correcta orientación de la pieza. El selector actúa como un filtro, si la pieza no está bien orientada o no es del tipo adecuado, la devuelve a la tolva. El orientador es capaz de modificar la orientación de la pieza

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Sistemas de ensamblaje automáticos Dispositivos de alimentación
Dispositivos de colocación: 

Los encargados de sacar los componentes del alimentador y colocarlos en el lugar de trabajo.

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Transporte automático del material




Clasificación Vehículos autoguiados Cintas transportadoras

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Clasificación de elementos de movimiento de material en producción


6 Categorías      

Carretillas manuales Carretillas mecánicas Grúas y monorraíles Cintas transportadoras Vehículos autoguiados (AGVs) Otros






Robots Mecanismos de transferencia en líneas de prod. Auto. Ascensores Alimentadores de piezas Tuberías,Camiones, Tranes, Aviones

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Vehículos autoguiados


Tipos  Trenes sin conductor  Vehículo elevador AGV  Transportadores de carga (con mecanismo de carga/descarga




Funciones  Guiado del vehículo  Control de tráfico y seguridad  Gestión de la planta

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Guiado del AGV


Métodos  






Cable enterrado Línea pintada

Características de cada método Ventajas/Inconvenientes Otras técnicas: Estima (Odometría)

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Control de tráfico y seguridad







Elemento mecánico detector de choque Sensores a bordo Control de zona Luces y alarmas

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Sistema de gestión


3 estrategias:   

Panel de control en vehículo Estaciones remotas de llamada Centrales de control

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Diapositiva 75

Análisis cuantitativo de transporte de vehículos


Conceptos 

  






Tc= tiempo en realizar una operación de transporte de material (carga, descarga y desplazamiento) (min) Rdv= tasa de repartos por hora Rf=Tasa de reparto deseada AT= Tiempo disponible de vehículo (min/hora), menor o igual a 60 WL= Tf*Rf Workload o carga de trabajo (min/hora)

Parámetros a calcular:  

Tc nc=WL/AT Número total de AGVs necesarios

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Análisis cuantitativo de transporte de vehículos


Ejemplo:




Tl=0.75 min, Tu=0.5 min. Vel 50 m/min Rf=40 rep/hora Eficiencias: A=0.95, Tf=0.9, E=1.0





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Análisis cuantitativo de transporte de vehículos



Ruta variable: Las distancias se promedian basándose en las tablas de rutado:

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Cintas Transportadoras






Materiales desplazados en cantidades grandes en rutado fijo. Impulsados  Mecánicamente  Gravedad CARACTERISTICAS  Son generalmente mecanizadas y a veces automatizadas.  Ocupan posiciones fijas, estableciendo las rutas.  Pueden estar montadas sobre el suelo o suspendidas del techo.  Casi siempre están limitadas a un flujo unidireccional de materiales.  Generalmente mueven cargas discretas, aunque algunas están preparados para cargas voluminosas o continuas.  Pueden emplearse sólo para transporte o para transporte más almacenamiento automático de elementos.  Acumulativas/no acumulativas

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Tipos de cinta I: Roller Conveyors (Rodillos)









Forma muy común de cinta Tubos (rodillos) perpendiculares a la dirección de avance Armazón fijo que eleva la cinta del suelo desde varios decímetros a algo más de un metro. Pallets planos o bandejas portando la carga Impulsadas mecánicamente o gravitatorias Tipo gravitatorio: el camino desciende una pendiente suficiente para superar la fricción de los rodillos. Usadas para el reparto de cargas durante las operaciones de procesado, y almacenamiento automático. Tb aplicaciones de distribución. También usadas para operaciones de clasificación y combinado.

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Tipos de cinta II: Skate-wheels (con ruedas)







Operativamente similares a los rodillos Pequeñas ruedas como las de los “patines” montadas sobre ejes rotatorios conectados al armazón Pallet, bandeja, u otro contenedor Aplicaciones similares a las de los rodillos, excepto que las cargas deben ser en general más ligeras al estar los contactos entre carga y cinta mucho más concentrados

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Tipos de cinta III: Belt conv. (cintas planas)














2 formatos comunes:  cintas planas para pallets, piezas o incluso ciertos tipos de materiales en masa  cintas huecas para materiales en masa. Los materiales se sitúan en la superficie de la cinta. La cinta forma un lazo continuo  reparto del material  retorno (generalmente vacío). La cinta se soporta con un armazón con rodillos u otros soportes espaciados entre sí varios decímetros. A cada extremo de la cinta están los rodillos motores (“poleas”) que impulsan la cinta.

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Tipos de cinta IV: Chain conv. (con cadenas)




Lazos de cadena sin fin en una configuración arriba-abajo alrededor de ruedas dentadas motorizadas, en los extremos del camino. Puede haber una o más cadenas operando en paralelo para formar la cinta. Las cadenas viajan a lo largo de canales que proporcionan soporte para las secciones flexibles de la cadena. 2 opciones  Las cadenas se desplazan por canal  Las cadenas usan rodillos para montarse al canal.

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Tipos de cinta V: Slat conv. (con listones)





Plataformas individuales, llamadas listones o tablillas, conectadas a una cadena continua en movimiento. Aunque el mecanismo impulsor es la cadena, funciona en gran medida como una cinta plana. Las cargas se sitúan sobre la superficie plana de las tablillas y se desplazan con ellas. Los caminos son generalmente en línea recta, pero dada la posibilidad de introducir curvas en el camino mediante ruedas dentadas (engranadas a la cadena), las cintas con listones pueden tener giros en su lazo continuo.

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Tipos de cinta VI: Overhead Trolley conv.








Un carro (trolley) es un soporte con ruedas moviéndose en un rail elevado del que puede colgar la carga Una cinta de carros es una serie de múltiples carros igualmente espaciados a lo largo de los raíles mediante una cadena sin fin o cable La cadena o cable está unida a una rueda que proporciona energía al sistema. El camino está determinado por el sistema de raíles; tiene giros y cambios en elevación formando un lazo sin fin. En los carros se suspenden ganchos, cestas u otros receptáculos para la carga. Se emplean a menudo en fábricas para mover piezas y conjuntos de ensamblaje entre los principales departamentos de producción. Pueden emplearse tanto para reparto como para almacenamiento.

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Tipos de cinta VII: In-floor towline conv. (cable enterrado)














Emplean vehículos con ruedas impulsados por medio de cadenas o cables en movimiento situados en zanjas en el suelo. Las rutas están definidas por las zanjas y cables. Es posible el cambio desde un segmento impulsado a otro diferente, proporcionando cierta flexibilidad en el rutado. Los carros emplean clavijas reforzadas de acero para acoplarse a la cadena. Dichas clavijas se pueden extraer de la zanja para liberar al carro del avance de la cadena y realizar las operaciones de carga/descarga .

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Tipos de cinta VIII: Cart-on-track (carro sobre raíles)














Carros individuales montados en una pista de dos raíles en una estructura que sitúa la cinta unos decímetros sobre el suelo. Los carros no son impulsados individualmente. Avanzan mediante un tubo rotatorio entre los dos raíles. También se llaman cintas de tubo rotatorio (spinning tube). Una rueda motriz, en la parte inferior del carro y formando un ángulo con el tubo, se apoya en él y convierte el giro del tubo en avance del carro. La velocidad del carro es controlada regulando el ángulo de contacto entre la rueda motriz y el tubo. Se logra bastante precisión en el posicionamiento. Esto los permite usar para posicionar piezas para el procesado. Aplicaciones  

Las líneas de soldadura robótica Sistemas de ensamblaje automático.

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Tipos de cinta VIII: Cart-on-track (carro sobre raíles)

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Cintas transportadoras DIRECCIONES DE INTERNET RELACIONADAS Direcciones de interés académico http://www.ie.ncsu.edu/kay/mhetax/TransEq/Conv/ Listado general de fabricantes http://www.conveyor-systems.biz/ Direcciones de fabricantes http://www.hytrol.com/ http://www.giantlift.com/ http://www.dorner.com/ http://www.flexlink.com/ http://www.cumberlandconveyor.com/acsi.html http://www.acsconveyor.com/ http://www.conveytrac.com/

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