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UNED. Sistemas Productivos, Fabricación y Métodos de la Calidad. Tema 12. Manipulación y Transporte de Materiales

TEMA 12

MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE MATERIALES

Introducción 12.1. Equipos de operaciones soporte en entornos de fabricación 12.2. Equipos de manipulación y almacenamiento 12.3. Equipos de transporte Bibliografía Glosario Actividades

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INTRODUCCIÓN La producción es el subsistema de la empresa que transforma una serie de recursos en bienes o servicios de la manera más eficiente posible, y con una calidad que satisfaga las expectativas y expectativas de los clientes. Estos recursos son los materiales, la mano de obra, el capital, la energía, la información y la tecnología. La ejecución de cada tarea para la conversión de las entradas del proceso en productos se lleva a cabo por trabajadores, herramientas, máquinas o máquinas automáticas La diferencia entre ellas es que la herramienta se acciona mediante la fuerza muscular del trabajador y es él quien decide sobre su propio trabajo, marca el ritmo de producción y controla los resultados que obtiene. Cuando la máquina realiza la tarea surge la mecanización o la automatización; si la acción la controla el trabajador es mecanización y cuando la controla la propia máquina e, incluso, corrige sus propios errores se denomina automatización. Bajo este prisma puede decirse que la Ingeniería de la Producción es la disciplina que estudia la mejor ordenación de la planta productiva, con le objeto de determinar cuánto hay que fabricar y cuándo, de manera que los recursos se empleen eficientemente. En este tema se abordan aspectos introductorios de la Ingeniería de la Producción, como son la evolución de los sistemas productivos, los objetivos de la producción industrial, la configuración de los procesos productivos, la información y los equipos de transporte, manipulación y almacenamiento de piezas.

12.1. EQUIPOS FABRICACIÓN

DE

OPERACIONES

SOPORTE

EN

ENTORNOS

DE

La utilización de los equipos de transporte, manipulación y almacenamiento constituye otra importante decisión relacionada con la Ingeniería de la Producción, que, según Meyers y Stephens (2006) puede contemplarse bajo cinco ópticas: movimiento, cantidad, tiempo, espacio y control. Por medio del movimiento se logra la transferencia de los materiales de un lugar a otro; en su ejecución ha de primar la seguridad más la eficiencia. La cantidad que se va a desplazar parecería que está en función del tipo de equipo, sin embargo y con una visión más global, realmente depende la cantidad producida y del sistema de planificación de la producción; por ello la selección de estos equipos ha de ser consecuente con ello. Respecto al tiempo, relacionado con la rapidez con la que el material se mueve por las instalaciones, dependerá de la velocidad del propio equipo y lo repetitiva que sea la tarea de manipulación de las piezas; esto puede redundar en el stock en curso o el nivel de inventarios. El espacio se encuentra vinculado con el requerido para el almacenamiento de las piezas y el movimiento de los equipos. Finalmente el control se asocia con la identificación de las piezas y la gestión de su inventario. Actualmente existen numerosos equipos destinados a realizar estas actividades; a continuación se exponen algunos de los más característicos.

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12.2. EQUIPOS DE MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO Dentro de los sistemas de manipulación y almacenamiento, en un principio cabe distinguir los relativos a las herramientas y los de las piezas. En relación a las herramientas cabe destacar el almacén de herramientas, el cual permite que esté disponible un continuo suministro de herramientas en la máquina. Lo almacenes como unidades completas pueden integrarse en cualquier tipo de máquina. Esta incluye sistema de almacenaje de disco, de tambor o de cadenas así como palets para almacenar gran cantidad de herramientas. Suele ser un disco rotativo o cadenas; El primero está constituido por un disco circular de eje bien horizontal, vertical o inclinado; en el borde de este disco se dispone de los alojamientos numerados para los portaherramientas; son los habituales en los centros de mecanizado y pueden tener hasta 24 herramientas por disco. Las cadenas poseen un alojamiento para el portaherramientas en cada uno de sus eslabones, tal y como se observa en la figura 12.1 de la mandrinadora. También es posible ubicar varios almacenes en la misma máquina.

Figura 12.1. Mandrinadora

Los portaherramientas que se han mencionado han de encajar tanto en el cono y dispositivos de fijación del husillo como en los alojamientos del almacén de herramientas. En consecuencia, han de reunir las siguientes características (Lasheras, 2000). Se han de poder montar en ellos todas las herramientas necesarias para los mecanizados posibles de los Centros, como brocas fresas, mandrinadoras, cabezas universales con desplazamiento radial automático para refrentar, tornear, ranurar, etc. ▪ Todos los mangos de los portaherramientas han de ser idénticos y adecuados para el alojamiento que les corresponda en el almacén de herramientas y para su inserción en el husillo principal. ▪ Deben llevar un sistema de bloqueo del movimiento de rotación alrededor de su eje, una vez insertados en el husillo.

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▪ Deben poder insertarse fácilmente en el husillo y estar provistos de un sistema de retención que permita bloquearlos y desbloquearlos en el husillo de acuerdo con los movimientos programados. ▪ Deben poder ajustarse longitudinalmente su mango al sistema de bloqueo del husillo. ▪ Deben llevar un sistema de identificación que permita al dispositivo de cambio seleccionar automáticamente la herramienta adecuada. Algunos fabricantes utilizan tornillos en el almacén que deben ser siempre para cada herramienta. El funcionamiento de estos almacenes de herramientas se ha visto favorecido por la introducción de las herramientas modulares. La gran cantidad de herramientas necesarias para la mecanización de una amplia familia de piezas, con la diversidad de tipos de acoplamiento que emplean los fabricantes de maquinaria, junto con la necesidad de reducir los tiempos de cambio de herramientas ha llevado a un importante cambio de las mismas. De la herramienta monobloque se ajusta directamente a la máquina, se ha pasado a un concepto modular de bloques (BTS – Block Tool System) en el que éste se subdivide en dos o tres partes. Acoplamiento, adaptador y herramienta propiamente dicha o unidad de corte. El acoplamiento se encuentra siempre montado en el portaherramientas de la máquina y sobre él pueden fijarse una gran variedad de herramientas, sea directamente sea a través de un adaptador, de esta manera una misma herramienta puede utilizarse en distintas máquinas. Actualmente existen en el mercado una gran variedad de sistemas modulares, unos para herramientas fijas tipo torneado, otros para rotatorios tipo fresa y otros universales. Se diferencian por la amplitud de la gama de herramientas que soportan, por los sistemas de fijación entre la herramienta, su base de acoplamiento a la máquina y por la existencia o no de adaptadores intermedios. La creciente incorporación de los centros de torneado y de mecanizado en las células de fabricación ha favorecido la adopción de sistemas modulares universales, que permiten una mayor estandarización y por tanto reducción de stock. Para disminuir el tiempo de montaje de las piezas en máquinas se recurre en general a la paletización. El palé es una plataforma de tablas para almacenar y transportar mercancías (RAE, 2007). Su uso está extendido, de ahí la necesidad de estandarizar sus medidas, de hecho se distinguen:  

El palé europeo o europalet, de dimensiones de 800 x 1200 mm El isopalé, denominado en ocasiones palé americano, de dimensiones 1000 x 1200 mm

Los materiales utilizados para su construcción son la madera, el plástico, el conglomerado o el metal (chapa de acero). La estandarización del almacenamiento ha influido en el diseño de estanterías, como se verá más adelante.

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Figura 12.2. Estanterías con aprovechamiento de la gravedad

Figura 12.3. Estanterías paletizadas El palé es un elemento que permite flexibilizar el montaje de cualquier pieza a la máquina dado que lo que se acopla es siempre el palé, no la pieza o piezas que han sido previamente incorporadas al mismo. Es decir, el montaje de mecanizado, propio de cada pieza y que es en general lento, se efectúa fuera de la máquina, en una estación de montaje de piezas en palé. Esta operación se realiza se realiza también automáticamente mediante robots en algunas factorías. Se utilizan sistemas modulares que permiten el diseño y realización de montajes para distintas piezas utilizando elementos comunes. Los desarrollos actuales de estos montajes universales consisten en la integración de sistemas de embridado automático y flexible. En los centros de mecanizado es particularmente interesante efectuar el número máximo de operaciones sobre el mismo palé, por lo que son frecuentes las fijaciones por una sola cara dejando libres las otras cinco, así como montajes sobre palés giratorios que facilitan el mecanizado en todas estas caras. Otra técnica utilizada es el montaje de varias piezas en un mismo palé especialmente en el caso de operaciones muy cortas.

Figura 12.4. Estanterías para piezas pequeñas

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Figura 12.5. Detalle de las estanterías para piezas pequeñas

Figura 12.6. Estanterías móviles

Figura 12.7. Estanterías con aprovechamiento de la gravedad

Figura 12.8

Por último dentro de los sistemas de almacenaje cabe citar a los equipos denominados AS/RS (Automatic Storage and Retrieval System) son dispositivos de localización y almacenamiento que permiten recoger, identificar, almacenar y ubicar mercancía de manera automática. Respecto a los sistemas convencionales presentan ventajas añadidas 12-6

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tales como el ahorro de espacio, de mano de obra directa y una mejor gestión de inventarios al facilitar la manipulación de mercancías y su rotación. Dentro de estos sistemas, el componente básico es el transelevador, el cual consta de uno o dos mástiles con una bandeja incorporada donde ubicar la carga, para depositarla, si es necesario, a grandes alturas; puede recorrer pasillos estrechos. Las alturas máximas que pueden alcanzar, su velocidad y carga máxima que pueden soportar son variables pero actualmente es posible encontrar en el mercado equipos de las siguientes características: velocidad: 125 m/min, carga: 3000 kg y altura: 30 metros.

Figura 12.9. Sistema AR/AS

12.3. EQUIPOS DE TRANSPORTE El movimiento de material en bruto, piezas en proceso de fabricación o productos finales se lleva a cabo con equipos muy diversos, algunos manuales manipulados por operarios (figura 12.10) y otros automáticos. A su vez también es preciso considerar si estos equipos van a trabajar en el interior o en el exterior, el tamaño de la carga a transportar, su peso, la altura de la manipulación, entre otros aspectosAlgunos de los equipos tipo para el trabajo en interiores son las traspaletas, los apiladores y las carretillas elevadoras. 





Las traspaletas son equipos, manipulados por un trabajador, constituidos por barras frontales, denominadas horquillas que pueden elevar la carga unos centímetros; su misión es desplazar el material. Los apiladores son equipos también con cuatro horquillas frontales, dos horquillas inferiores fijas y dos móviles. Con ello es posible, al menos, superponer dos palés. La parte fija queda a la altura del suelo. Las carretillas elevadoras son equipos empleados para apilar y transportar cargas, habitualmente por medio de palés. Son controladas por un operario y constan de dos horquillas sujetas a un mástil, que permiten izar la carga.

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Figura 12.10. Carretilla elevadora con mástil de elevación

Sistemas Automáticos de Transporte A pesar de que pueden utilizarse como medio de transporte de piezas, tanto las cintas transportadoras como las grúas pórticos, los vehículos típicos en estos entornos son los denominados vehículos guiados automáticamente (Automatic Guided Vehicle - AGV); su tracción es eléctrica, y generalmente se encuentran filoguiados o dirigidos por láser. Los AGV presentan la ventaja de circular sin restricciones, pudiéndose alterar sus rutas en función de las necesidades.

Figura 12.11. AGV

Un sistema con vehículos de manipulación debe poner en marcha el número necesario para satisfacer las necesidades de transporte. Para su cálculo se consideran los siguientes parámetros y variables: Tc: TL: TD: LL: LD: vL: vD: A: TA: E: Ft: Rflujo: Rentregas: nv:

Tiempo de ciclo de entrega Tiempo de carga (load time) Tiempo de descarga (unload time) Distancia que recorre el vehículo entre una estación de carga y otra de descarga (vehículo lleno) Distancia que recorre el vehículo desde una estación de descarga hasta que comienza un nuevo ciclo de entrega (vehículo vacío) Velocidad de carga Velocidad de descarga Disponibilidad, como factor de fiabilidad. Representa la tasa de tiempo que el vehículo se encuentra operativo, sin averías. Tiempo de disponibilidad Eficiencia del trabajador Factor de tráfico. Se encuentra relacionado con pérdidas por la congestión del tráfico en la planta, derivadas de esperas. Ratio de flujo del sistema (entregas/hora) Ratio de entregas por vehículo Número de vehículos necesarios

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El tiempo de ciclo de entrega será: Tc  TL 

LL L  TD  D vL vD

El tiempo de disponibilidad: TA  60· A·Ft ·E ; se observa que se ha introducido un factor de 60 (minutos) para expresar este tiempo en min/hora por vehículo. Ratio de entregas por vehículo: Rentregas 

TA Tc

Carga de trabajo, expresada en minutos/hora: C arg a de trabajo  R f ·Tc Número de vehículos necesarios: nv 

C arg a de trabajo TA

Ejemplo 12.1. En una planta en la que se emplean AGV (ver figura 12.12, en la que las distancias están expresadas en metros), se sabe que el tiempo de carga es de 0,8 minutos, el tiempo de descarga de 0,6 minutos. Se pide que determine el número de vehículos necesarios para satisfacer la demanda se requiere que se realicen 50 entregas por hora, que han de ser llevadas a cabo por los AGV. El factor de tráfico es de 0,9, la disponibilidad de 0,99 y la velocidad del vehículo de 55 m/min. Averigüe también, las distancias que recorre cada vehículo cargado y vacío, así como el tiempo de ciclo ideal. Estación de descarga manual

55 Sentido del movimiento de los vehículos

60

Estación de carga manual

55 70

Figura 12.12. Distribución en planta del sistema de transporte Solución al Ejemplo 12.1: En el cálculo de las distancias se omitirá los puntos curvos, así como el factor de eficiencia del trabajador pues al ser AGV no están operados por trabajadores. 12-9

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Las distancias se determinan a partir de los datos de la distribución en planta: LL: 55 + 60 + 55 = 170 m LD: 15 + 60 + 15 = 90 m El tiempo de ciclo de entrega será: 170 90 L L  0,6   4,7 min Tc  TL  L  TD  D  0,8  55 55 vL vD Por tanto, cada 4,7 minutos se realizará una entrega. El tiempo de disponibilidad es:

TA  60· A·Ft ·E  60·0,9·0,99·1  53,5 min/hora por vehículo La carga de trabajo es: C arga de trabajo  R f ·Tc  50·4,7  235 min/ hora

Número de vehículos necesarios: nv 

C arg a de trabajo 235   4,5  5 AGV TA 53,5

12.4. NORMATIVA Algunas de las normas españolas relacionadas con los equipos de manipulación y transporte de materiales son las siguientes: UNE 18156:1983. Bandas transportadoras. Directrices para el almacenaje y el manejo. AENOR, 1983. UNE 58011:2004. Almacenaje en estanterías metálicas. Clasificación. Definiciones. Terminología. AENOR, 2004. UNE 58104-1:1987. Aparatos de elevación. Vocabulario. Parte 1. Tipos de aparatos de elevación. AENOR, 1987 UNE 58104-2:1987. Aparatos de elevación. Vocabulario. Parte 2. Parámetros. AENOR, 1987. UNE 58104-3:1987 Aparatos de elevación. Vocabulario. Parte 3. Conceptos generales. AENOR, 1987. UNE 58104-3:1987 ERRATUM. Aparatos de elevación. Vocabulario. Parte 3 conceptos generales. AENOR, 1987.

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UNE 58104-4:1990. Aparatos de elevación. Vocabulario. Parte 4: componentes. AENOR, 1990. UNE 58104-5:1991. Aparatos de elevación. Vocabulario. Parte 5: limitadores e indicadores. AENOR, 1991.

BIBLIOGRAFÍA AENOR (2011). Asociación Española de Normalización, http://www.aenor.es Domínguez Machuca, J.A. (Dir.) (1995). Dirección de Operaciones. Aspectos tácticos y operativos en la producción y en los servicios. Mac-Graw-Hill. Groover, M.P.; Zimmers, E.W. (1984). CAD/CAM. Computer-Aided design and manufacturing. Prentice-Hall. Lasheras, J.M. (2000). Tecnología mecánica y metrotecnia, vols. I y II. Donostiarra, San Sebastián. Meyers, F.E.; Stephens, M.P. (2006). Diseño de instalaciones de manufactura y manejo de materiales. Pearson – Prentice-Hall, 3ª edición. RAE (2007) Real Academia Española; http://www.rae.es

GLOSARIO AGV. Acrónimo en lengua inglesa que significa Vehículo Guiado Automáticamente Automatic Guided Vehicle. AR/AS. Acrónimo en lengua inglesa, que significa Sistema Automático de Almacenamiento y Manipulación - Automatic Storage and Retrieval System. BTS. Acrónimo en lengua inglesa Block Tool System, referido al sistema modular de herramientas. Europalé. Palé europeo de dimensiones de 800 x 1200 mm Isopalé. Palé americano, de dimensiones 1000 x 1200 mm Palé. Plataforma de tablas para almacenar y transportar mercancías (RAE)

ACTIVIDADES Las actividades propuestas para este tema son las siguientes:

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1. Lectura comprensiva del tema. 2. Resolución de los ejercicios propuestos. 3. Identificación de tipos de equipos de almacenamiento y transporte de acuerdo a las dimensiones del producto y con criterio de eficiencia.

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