Conceptos Fundamentales en Ingeniería Industrial
Concepto de Proceso de Ingeniería Industrial
Proceso es el conjunto de actividades relacionadas y ordenadas con las que se consigue un objetivo determinado. En la ingeniería industrial, el concepto de proceso tiene mucha importancia, ya que “la práctica de esta carrera requiere planear, integrar, organizar, dirigir y controlar”. Esto permite al ingeniero lograr sus objetivos y debe considerar los procesos de producción como una herramienta para el diseño, la optimización del trabajo, la evaluación de resultados, el establecimiento de normas de calidad, el aumento y control de la eficiencia.
Concepto de Manufactura
- Obra hecha a mano o con el auxilio de máquinas, y también lugar donde se fabrica.
- Conjunto de actividades organizadas y programadas para la transformación de materiales, objetos o servicios en artículos o servicios útiles para la sociedad.
Manufactura en Ingeniería
El ingeniero debe observar la manufactura como un mecanismo para la transformación de materiales en artículos útiles para la sociedad; también es considerada como la estructuración y organización de acciones que permiten a un sistema lograr una tarea determinada.
Clasificación de los Procesos de Manufactura
Los procesos de manufactura se pueden clasificar en:
A. Procesos que cambian la forma del material.
B. Procesos que provocan desprendimiento de material.
C. Procesos para acabar las superficies.
Para que estos procesos sean de utilidad para el ingeniero, se deben considerar los siguientes criterios:
Criterios para la producción con finalidad de beneficio económico:
- Costes: deben ser aceptables y competitivos.
- Rentabilidad: deben proporcionar ganancias superiores a las que proporciona el banco.
- Calidad: solo la necesaria.
Criterios de producción económica con finalidad de efectividad:
- Proyecto: tiene que ser un diseño funcional que permita la manufactura adecuada.
- Materiales: selección de los materiales adecuados y económicos.
- Proceso de manufactura: sistema para la transformación de los materiales con la calidad determinada.
- Factor humano: motivación, trato, facilidad.
- Proceso administrativo: planeación, integración, organización, dirección y control.
Efectividad y Eficiencia
Eficiencia es la relación numérica que existe entre la cantidad lograda por un sistema y la máxima cantidad que dicho sistema puede lograr.
Efectividad es la estimación de cumplimientos de objetivos, fines o funciones de un sistema o proceso sin que exista evaluación numérica.
Introducción a los Sistemas de Fabricación
El objeto de la fabricación o producción es la obtención de productos o bienes para el consumo. Este proceso está formado por un sistema organizado y coherente que garantice la consecución del objetivo fijado de forma eficiente, económica y segura; nos referimos a procesos industriales destinados tanto a la obtención de productos semielaborados, como a piezas terminadas y los conjuntos formados por estas.
Sistemas Productivos
La fabricación se realiza en el entorno de sistemas productivos de diferentes características que están compuestos por un conjunto de elementos interactivos destinados a la obtención del objetivo prefijado. Estos elementos productivos pueden estar agrupados en una fábrica o factoría, o departamentos de estos, o distribuidos en varias plantas o departamentos.
Organización de los Sistemas Productivos
Todo sistema productivo está formado por una entrada de materias primas, incluyendo energía, y una salida de productos. Entre estos extremos existen flujos de materiales que van siendo sometidos a una serie de procesos que los van transformando mediante los elementos que integran el sistema (mayormente sistemas de almacenamiento y transporte, etc.) hasta adquirir las propiedades especificadas en el diseño.
Relación entre el Diseño y la Fabricación
El tiempo que se tarda en resolver el diseño de un producto incide directamente en los costes y, en consecuencia, en la posición de la empresa frente al mercado.
En el diseño de un producto deben tenerse en cuenta tanto las necesidades funcionales de calidad, duración o seguridad, como las económicas de mercado y los métodos y procesos de fabricación que serán necesarios. Están todos en íntima relación y deben considerarse en conjunto.
Por ello, en la actualidad se incide mucho en minimizar tiempos y coste de diseño, optimizando los recursos disponibles de la manera más eficiente posible y, por tanto, disminuyendo el tiempo de diseño y los costes. Este tipo de diseño es conocido como ingeniería simultánea o concurrente.
Costes de Fabricación
Precio de coste de un producto es el conjunto de gastos en que se incurrirá hasta tenerlo listo para su venta.
a. Diseño del producto: requerimientos funcionales, demanda del mercado, ciclo de vida y previsión de futuras modificaciones.
b. Selección de materiales: propiedades mecánicas y físicas, propiedades geométricas o de fabricación, fiabilidad del suministro y coste de los materiales.
c. Definición del proceso: posibilidad del proceso, influencia en las propiedades, volumen de producción y nivel de automatización, tipo de montaje y coste final.
Flujo del Proceso
Es habitual clasificar los procesos de fabricación mediante el tipo de flujo que siguen los materiales a lo largo de todo el proceso.
Sistemas Productivos Continuos
También llamados de proceso, son aquellos en los que la ruta que siguen los materiales a lo largo del sistema es invariable. Se utilizan pocas materias primas y los productos obtenidos son pocos o único.
Sistemas Productivos Discretos
Son conocidos también como “taller” y están orientados a la fabricación de una gran variedad de distintos productos, ya que se caracterizan por su flexibilidad tanto de la maquinaria como de la organización. Se organizan por departamentos y son procesos difícilmente automatizables. Los productos se contabilizan en piezas o unidades, siendo fundamentalmente bajos en volumen, pero con gran variedad de productos y materias primas utilizadas.
Sistemas Combinados
En un extremo cercano a los continuos están los sistemas de montaje, que suelen utilizarse en la fabricación de automóviles o electrodomésticos y están basados en cadenas de montaje más o menos automatizadas. Son formas esencialmente rígidas, pero la actual utilización de la informática y la robótica ha permitido ampliar su flexibilidad de un modo notable.
Por otra parte, en el extremo más cercano a los sistemas de taller se encuentran los sistemas de fabricación por lotes, es decir, productos que se fabrican en paquetes de un número limitado de unidades que pueden ir desde algunas decenas (por ejemplo, el sector aeroespacial o ferroviario) hasta algunos cientos (por ejemplo, los equipos electrónicos o la maquinaria industrial).
La Fabricación Flexible
Es la tendencia actual en la fabricación de bienes de consumo basada en la estimación de cifras de venta a largo plazo y de producción en serie en la acepción que se refiere a la fabricación continua de grandes lotes. Se trata de abastecer la demanda mediante la fabricación de lotes lo más pequeños posibles, basados en las cuentas realizadas o previsibles en un corto plazo: mensual, semanal, diario, etc. Esto permite ahorros financieros en capital inmovilizado en materia prima, personal, equipamiento y almacenaje.
Relación entre el Diseño y la Fabricación (Repetido)
Nota: Este apartado parece repetido del anterior. Se mantiene el contenido original según la instrucción.
En el diseño de un producto deben tenerse en cuenta tanto las necesidades funcionales de calidad, duración o seguridad, como las económicas de mercado y los métodos y procesos de fabricación que serán necesarios. Están todos en íntima relación y deben considerarse en conjunto.
Por ello, en la actualidad se incide mucho en minimizar tiempos y coste de diseño, optimizando los recursos disponibles de la manera más eficiente posible y, por tanto, disminuyendo el tiempo de diseño y los costes. Este tipo de diseño es conocido como ingeniería simultánea o concurrente.
Costes de Fabricación (Repetido)
Nota: Este apartado parece repetido del anterior. Se mantiene el contenido original según la instrucción.
Precio de coste de un producto es el conjunto de gastos en que se incurrirá hasta tenerlo listo para su venta.
a. Diseño del producto: requerimientos funcionales, demanda del mercado, ciclo de vida y previsión de futuras modificaciones.
b. Selección de materiales: propiedades mecánicas y físicas, propiedades geométricas o de fabricación, fiabilidad del suministro y coste de los materiales.
c. Definición del proceso: posibilidad del proceso, influencia en las propiedades, volumen de producción y nivel de automatización, tipo de montaje y coste final.
Procesos de Soldadura
Soldadura por Puntos Ultrasónica
Se realiza sometiendo dos chapas puestas en contacto a presión entre dos sonotrodos a una vibración ultrasónica que le transmiten estos y que provoca un gripado por fricción energética de los cristales de las chapas puestas en contacto y que acaba por soldarlas perfectamente.
Soldadura con Arco en Atmósfera Inerte
Este proceso se basa en aislar el área y el metal fundido del aire ambiente mediante un gas inerte:
- Soldadura por arco protegido con gas inerte y electrodo refractario (soldadura TIG): el arco se hace saltar en una atmósfera neutra de helio o argón entre la pieza y un electrodo de wolframio (tungsteno). El metal de aportación lo suministra una varilla de soldar sin recubrimiento y de composición similar a la de las piezas que se van a unir.
- Soldadura por arco de hidrógeno atómico: el calentamiento se consigue haciendo saltar el arco entre dos electrodos de wolframio en una atmósfera de hidrógeno.
- Soldadura por arco protegido con gas inerte y electrodo consumible (soldadura MIG): en este procedimiento se reemplaza el electrodo de wolframio por un alambre desnudo de metal de aportación de composición similar a las piezas que se van a unir, haciéndosele llegar automáticamente al portaelectrodos con una velocidad igual a la que se consume en el arco en una atmósfera de helio o argón.
- Soldadura por arco en atmósfera de anhídrido carbónico (soldadura MAG): es una variante de la anterior en la que se sustituye el helio o argón por CO2 seco de una pureza del 99% porque es mucho más barata.
Metalurgia de la Soldadura
Las soldaduras son procesos metalúrgicos complejos que afectan a las características de las piezas soldadas, ya que requieren un calentamiento que puede producir alteraciones en las microestructuras semejantes a las obtenidas en un tratamiento térmico. Además, el metal que se funde en el cordón de soldadura está sujeto a los mismos principios de fusión y solidificación y, por tanto, se pueden producir defectos como la absorción de gases que originan sopladuras, reacciones con los gases perjudiciales, segregación de los componentes, inclusión de escorias y tensiones internas que pueden originar grietas y deformaciones.
Soldabilidad de los Metales
El concepto de soldabilidad se emplea normalmente para indicar la mayor o menor aptitud de un metal para soldarse con una determinada aleación bajo ciertas condiciones, pero en realidad lo que nos interesa es conocer las precauciones que hay que tomar para obtener un cordón de soldadura exento de defectos y con las características mecánicas necesarias.
Máquinas Herramienta y Operaciones
Componentes Principales de las Cepilladoras
- Mesa: es la parte de la máquina sobre la que se fijan las piezas que se han de trabajar. Va provista de agujeros o ranuras para enganchar los accesorios de fijación de las piezas que han de ir firmemente sujetas a la mesa.
- Los montantes: situados uno a cada lado de la bancada, tienen carro portaherramientas.
- Travesaño o frontón: es la parte superior de la máquina, une los dos montantes y asegura su paralelismo e inmovilidad.
- El puente: el carro portaherramientas se desliza apoyado en el puente que une los dos montantes.
Operaciones que Realiza la Fresadora
- Planeado: se realiza con fresas cilíndricas o frontales.
- Ranurado: se realiza con fresas de 3 cortes.
- Corte: se realiza con fresas sierra en forma de disco.
- Perfilado: se emplean fresas de línea periférica adecuada al perfil que se desea obtener.
- Fresado circular o contorneado: se utilizan fresas cilíndricas en posición vertical.
- Fresado helicoidal.
- Fresado de engranajes.
- Taladrado.
- Escariado.
- Mandrinado.
- Mortajado.
Operaciones que Realizan los Tornos
- Cilindrado: Consiste en mecanizar un cilindro recto de longitud y diámetro determinado.
- Mandrinado: Consiste en agrandar un agujero.
- Refrentado: Consiste en mecanizar una superficie plana perpendicular al eje de giro. Para esto, la herramienta no tiene avance, sino únicamente profundidad de pasada.
- Roscado: El cilindrado se realiza con una velocidad muy lenta de avance de la herramienta en relación con la velocidad de giro de la pieza, ya que de otro modo quedarían grabados surcos; y el roscado se realiza con velocidad de avance mucho mayor en relación con la velocidad de la pieza, con lo que la herramienta marca una hélice que constituye la rosca.
- Ranurado: Consiste en abrir ranuras en las piezas. Si estas son estrechas, se realizan con una herramienta de la misma anchura, pero si son anchas, habrá que darle a la herramienta un movimiento de avance.
- Moleteado: Consiste en imprimir en la superficie de la pieza un grabado por medio de una herramienta especial denominada moleta, provista de una rueda que lleva en su superficie el grabado deseado y que se aplica fuertemente sobre la pieza a moletear.
- Tronzado o corte de la pieza: Es el seccionamiento de la barra, más generalmente de la pieza una vez terminada, utilizando una herramienta especialmente afilada denominada tronzadora.
Estrategia de Operación y Producción
La función de producción, en su perspectiva más actual, se constituye en un eslabón clave de la organización para responder de manera efectiva y distintiva al cúmulo creciente de necesidades, deseos y expectativas de los clientes, para lo cual es necesario diseñar fórmulas y poner en práctica estrategias de producción adecuadas y pertinentes. Así, producción puede desempeñar diferentes roles estratégicos en la empresa, desde una total neutralidad internacional hasta constituirse en su principal fuente generadora de ventajas competitivas distintivas, dependiendo de cómo sea percibida esta función por la alta gerencia.
Unidad Estratégica de Fabricación (UEF)
Se puede definir la UEF a toda planta o instalación productiva que, además de transformar unos inputs (materiales, seres humanos y medios informáticos) en bienes y servicios, reúne las características generales siguientes:
- Posee objetivos competitivos claramente identificados.
- Posee una estrategia competitiva y de fabricación definida.
- Fabrica un conjunto de productos o familias de estos con alto grado de completamiento interno.
- Gestiona una cartera propia de clientes muy bien definida.
- Enfrenta la adversidad de un conjunto de competidores directos plenamente identificados.
- Interactúa con unos mercados externos de recursos (proveedores tecnológicos, financieros, laborales, etc.).
- Participa y compite de manera independiente en el mercado o en un segmento bien definido del mismo.
Los Sistemas MRP
Los sistemas MRP 1 y 2 (Planeación de Requerimientos de Materiales y de Recursos Productivos) surgieron en EE. UU. en la empresa IBM. Este sistema surgió debido a la necesidad de integrar la cantidad de artículos a fabricar con un correcto almacenaje de inventario, ya sea de producto terminado, producto en proceso, materia prima o componentes. Puede decirse que el MRP es un sistema de control de inventario y programación que responde a los interrogantes: ¿qué orden fabricar o comprar?, ¿cuánta cantidad de la orden? y ¿cuándo hacer la orden? Su objetivo es disminuir el volumen de existencias a partir de lanzar la orden de compra o fabricación en el orden adecuado. Su aplicación es útil donde existen algunas de las siguientes condiciones:
- El producto final es complejo y requiere varios niveles de ensamblaje.
- El producto final es costoso.
- El tiempo de procesamiento de la materia prima y componentes sea grande.
- El ciclo de producción del producto final sea largo.
Objetivos y Estrategias de la Empresa en el Desarrollo de Nuevos Productos
A) Modificación de la línea de productos de la empresa: consiste en sustituir algún producto de la línea que actualmente está en el mercado por otro.
B) Extensión de la línea de productos: consiste en añadir algún producto nuevo a la línea actual para llegar a nuevos segmentos del mercado.
C) Creación de productos complementarios: se trata de añadir productos cuyo uso sea complementario a uno de los productos actuales de la empresa.
D) Diversificación global: consiste en lanzar nuevos productos para atender la demanda de nuevos mercados.
Existen diferentes enfoques para el desarrollo de nuevos productos:
- Enfoque de mercado: según el cual son las necesidades del mercado el principal condicionante.
- Enfoque tecnológico: con arreglo al cual los nuevos productos se determinan a partir de las posibilidades y capacidades técnicas.
- Enfoque mixto: se trata de compatibilizar las necesidades del mercado con las capacidades organizativas, técnicas, humanas y financieras de la empresa.
Proceso de Desarrollo de Nuevos Productos
Una empresa puede conseguir productos nuevos por dos procedimientos generales: bien por medio de la adquisición de una patente o licencia de fabricación, o bien a través de un proyecto de desarrollo de un nuevo producto llevado a cabo dentro de la propia empresa.
Las etapas del proceso de desarrollo son:
E. Generación de ideas: esta etapa es, sin duda, la más creativa de todo el proceso.
A. Evaluación y Selección: las distintas ideas surgidas en la etapa anterior son sometidas a una serie de pruebas y exámenes a fin de recibir la aprobación necesaria para que se inicie su diseño y desarrollo.
B. Diseño preliminar: En ella, el equipo de diseñadores pasa a definir las prestaciones que tendrá el nuevo producto.
C. Construcción y prueba de prototipos, plantas piloto y realización de pruebas de mercado: un prototipo pretende recoger las características más importantes que el nuevo producto tenga en su estado final.
D. Diseño final: comprende las especificaciones necesarias para que el sistema de producción pueda actuar. Estos son:
- Los planos de ingeniería: donde se muestran las dimensiones, tolerancias, materiales y acabados de un componente.
- La lista de componentes: que es una descripción detallada de los componentes que lo integran, las cantidades necesarias de cada uno de ellos y la secuencia en que se combinan para obtener el producto final.
Junto a los documentos anteriores, es preciso redactar otros relativos al propio proceso de fabricación y montaje del producto. Estos son:
- Los planos de montaje: que muestran las ubicaciones relativas de los distintos componentes que, tras ensamblarse, darán lugar al producto final.
- El gráfico de montaje: que ilustra de forma esquemática el proceso de montaje.
- La hoja de ruta: que es la lista de las operaciones necesarias para fabricar un componente.
- Las hojas de instrucciones: que indican con todo detalle cómo desarrollar cada operación o tarea.
Elección de la Configuración Productiva más Adecuada para una Empresa
El tipo de configuración productiva más idónea será aquella que resulte más interesante desde el punto de vista económico. El coste total de un bien o servicio está integrado por el coste fijo y el coste variable.
- El coste fijo es aquel que, dentro de una determinada estructura productiva, permanece invariable respecto al volumen de producción que se obtenga.
- El coste variable es, en cambio, el equivalente monetario de los consumos de factores que varían en función del volumen productivo o del tiempo de duración del proceso productivo.
La configuración en línea tiene unos costes fijos altos y unos costes variables bajos.
La configuración por talleres tiene unos costes fijos bajos y unos costes variables altos.
Optimización de Costes: El Valor en la Producción
Análisis del Valor
El análisis del valor es una filosofía que busca eliminar todo aquello que origine costos y no contribuya al valor ni a la función del producto o del servicio. Su objetivo es satisfacer los requisitos del rendimiento del producto y las necesidades del cliente con el menor costo posible.
Existe una diferencia importante entre el costo y el valor:
- El costo es un término absoluto que se expresa en euros y que mide los recursos que se utilizan para crear un producto o servicio.
- El valor, por otro lado, es la percepción que tiene el cliente de la relación de utilidad del producto o servicio con su costo. El valor es lo que busca el cliente: satisfacer sus necesidades con el menor costo.
Por lo tanto, el valor de un producto se puede mejorar incrementando su utilidad para el cliente con el mismo costo, o disminuyendo el costo con el mismo grado de utilidad. Esto se hace mediante la eliminación de funciones innecesarias o costosas que no contribuyen al valor.
Gestión de Inventarios: Planificación de las Necesidades de Materiales
Las razones que justifican la existencia de inventario son:
- Hacer frente a la demanda de productos finales.
- Evitar interrupciones en el proceso productivo. Las empresas se protegen de eventuales paradas no deseadas acumulando una cierta cantidad de inventarios. Estos pueden deberse a:
- Falta de suministro externo: que se pueden dar por retrasos en las entregas y en la recepción de pedidos.
- Falta de suministro interno: por averías de equipos, mala calidad de componentes elaborados, etc.
Cuestiones Fundamentales para la Planificación de Materiales
¿Cuándo (en qué momento) deben realizarse los distintos pedidos de material? ¿Cuánto debe pedirse de cada material al hacer un pedido, o lo que es lo mismo, cuál debe ser el tamaño de los lotes a solicitar? Las respuestas van a depender de los siguientes factores:
- Características de la demanda: es la planificación de inventarios de ciclo único o monoperiódico, que se trata de un producto cuya demanda se produce una sola vez y, por lo tanto, los ítems necesarios para su elaboración se almacenan en un solo periodo.
Tipos de demanda:
- Demanda independiente: será aleatoria en función de las condiciones de mercado, no está relacionada directamente con la de otros artículos.
- Demanda dependiente: dependen de otros artículos almacenados.
- Costes relacionados con los inventarios: el hecho de mantener un stock provoca gastos a la empresa, pero en el momento de su falta provocan costes.
- Tiempo de suministro (T.S.): es el intervalo de tiempo que transcurre entre el momento en que se solicita un pedido y el instante de su llegada, entendida esta como el momento en que está disponible para ser utilizada. Este concepto se aplica tanto al suministro externo (S.E.) como al interno (S.I.).
Componentes del tiempo de suministro:
- Tiempo de confección del pedido.
- Tiempo de desplazamiento o transporte.
- Tiempo de cola.
- Tiempo de preparación del centro de trabajo (C.T.) para ejecutar el pedido.
- Tiempo de ejecución del pedido.
- Tiempo de espera.
- Tiempo de inspección consumido para realizar dicha actividad sobre el lote fabricado.