¿Qué es un sistema de fabricación flexible? Tipos, características y estructura

La automatización tradicional de gran volumen es rígida. Ofrece una productividad excelente para unos pocos productos estables, pero no puede responder de manera eficiente a los lotes pequeños ni a una gran variedad de productos. Los equipos automatizados flexibles y los sistemas de fabricación se desarrollaron para satisfacer esa necesidad.

Equipos de producción flexibles

El equipamiento básico de un sistema de fabricación flexible incluye máquinas-herramienta CNC, robots, vehículos guiados automáticamente y sistemas de almacenamiento automatizados.

Una máquina CNC se controla mediante un ordenador o un controlador electrónico específico. La secuencia de mecanizado, los parámetros del proceso y los movimientos de la máquina se codifican en un programa de control numérico y se introducen en la CNC, que dirige la máquina de forma automática. A menudo se añade un bucle de retroalimentación de posición para formar un sistema de bucle cerrado y mejorar la precisión. Los usuarios eficaces siguen necesitando conocimientos de planificación de procesos, selección de parámetros de corte, elección correcta de herramientas y sistemas de sujeción, medición de herramientas, conocimiento de la máquina y habilidades de programación.

1. Clasificación por proceso

1. Máquinas CNC en general. Los tornos, fresadoras, mandrinadoras, taladradoras, rectificadoras, fresadoras de engranajes y fresadoras de dentado CNC realizan los mismos procesos básicos que sus equivalentes convencionales, pero producen automáticamente formas complejas.
2. Centros de mecanizado con cambio automático de herramientas. Un centro de mecanizado cuenta con un almacén con capacidad para entre 10 y 100 herramientas, aproximadamente, y un cambiador automático de herramientas. Tras una única configuración, puede fresar o tornear, taladrar, perforar y escariar automáticamente la pieza de trabajo.
3. Máquinas multieje CNC. Estas máquinas controlan un mayor número de ejes, normalmente entre tres y cinco.

2. Clasificación por trayectoria de la herramienta

1. Control punto a punto. El controlador se desplaza con precisión de una posición a otra sin interrumpir el movimiento. Las máquinas de mandrinado y las taladradoras CNC son ejemplos típicos.
2. Control lineal punto a punto. El controlador gestiona tanto la posición de los extremos como la trayectoria recta entre puntos, normalmente a lo largo de un eje de la máquina. El corte puede realizarse a lo largo de un eje de coordenadas, y hay disponibles más funciones auxiliares.
3. Control de contorno. El control de trayectoria continua coordina dos o más ejes y controla la velocidad y la posición a lo largo de todo el corte, lo que permite obtener formas complejas. Entre las máquinas más habituales se encuentran los tornos CNC, las rectificadoras, las fresadoras y los centros de mecanizado.

Un centro de mecanizado de contornos como el FHN100T suele incluir unidades de movimiento en los ejes X, Y y Z, una mesa giratoria para el mecanizado de múltiples caras, un cambiador automático de herramientas (ATC) y un controlador CNC.

Su sistema de control utiliza el control secuencial junto con funciones táctiles, de gestión y adaptativas. Los códigos T seleccionan las herramientas, los códigos S controlan la velocidad del husillo y la mesa giratoria permite el indexado.

Las funciones de detección táctil permiten centrar automáticamente una herramienta con respecto al punto de referencia del husillo, detectar la rotura de la herramienta y detener la máquina, reducir el tiempo de corte en vacío desplazándose al doble de la avance de corte hasta el contacto, corregir los planos de referencia X/Y/Z para compensar las variaciones térmicas y de tamaño de la pieza, y medir el diámetro del orificio para que el sistema pueda ajustar la herramienta automáticamente.

Las funciones de gestión comparan la vida útil preestablecida de la herramienta con su uso real, sustituyen automáticamente la herramienta por una de reserva y supervisan la información de funcionamiento para el diagnóstico de averías.

El control adaptativo (AC) utiliza sensores en los motores de avance de los ejes y del husillo para supervisar la carga. Una carga dentro del rango establecido se considera normal. Si la carga se sitúa por debajo de dicho rango, el avance puede aumentar para acortar el tiempo de ciclo; si se sitúa por encima del rango, el avance disminuye para proteger la herramienta.

Sistemas de fabricación flexibles: características, tipos y estructura

Un sistema de fabricación flexible (FMS) integra un sistema de información y control, el almacenamiento y la manipulación de materiales, y un grupo de máquinas CNC. Basándose en la tecnología de grupos, define los procesos para una familia de piezas, selecciona las máquinas y la logística compatibles, y utiliza el control informático para producir diferentes piezas de forma eficiente en lotes, al tiempo que adapta la gama de productos a los cambios en la demanda.

Características y ámbito de aplicación

Un sistema FMS suele incluir varias máquinas CNC y centros de mecanizado, así como sistemas automáticos de carga y descarga, almacenamiento y transporte de material, todo ello bajo un control informático centralizado. En comparación con la automatización rígida, ofrece:

• Gran flexibilidad para piezas relacionadas con distintos requisitos de proceso.
• Alto grado de automatización, incluido el funcionamiento sin supervisión.
• Alta utilización de los equipos, ya que se reducen los tiempos de puesta a punto y otros tiempos auxiliares.
• Alta productividad.
• Menor coste de mano de obra directa y mayor rentabilidad económica.

Un sistema FMS puede gestionar tanto trabajos puntuales y de lotes pequeños como producciones mixtas de volumen medio y alto, combinando flexibilidad, calidad y eficiencia.

Tipos de FMS

1. Célula de fabricación flexible (FMC). Una máquina CNC controlada por ordenador o un centro de mecanizado se combina con un transportador de palés circular u ovalado o con un robot industrial. Puede cambiar de pieza sin detenerse y constituye la unidad básica de un sistema de fabricación flexible (FMS) de mayor tamaño.
2. Sistema de fabricación flexible. Dos o más máquinas CNC, centros de mecanizado o células están conectadas mediante vehículos guiados por raíles o autónomos, o mediante robots; cuentan con carga automática de palés o mediante robots, almacenamiento automatizado y sistemas informáticos integrados de planificación, programación y supervisión.
3. Línea de producción flexible. Varios centros de mecanizado o máquinas CNC, algunas de ellas parcialmente especializadas, están dispuestos según el orden del proceso. La línea puede tener un ritmo de producción, pero se puede adaptar rápidamente a los cambios de producto y conserva la funcionalidad de un sistema de fabricación flexible (FMS).

Composición y control del sistema

Un FMS incluye sistemas logísticos y de información, cada uno de los cuales se compone de varios subsistemas. Su equipamiento principal de procesamiento suele consistir en entre dos y seis centros de fresado-mandrinado verticales u horizontales y centros de torneado. Las cintas transportadoras, los vehículos guiados o autónomos y los robots industriales pueden formar sistemas de transferencia lineales, en bucle o en red. Para el almacenamiento se puede utilizar un almacén automatizado de gran altura con grúa apiladora o un sistema de almacenamiento en el suelo con estaciones de palés.

Un palé actúa como un dispositivo de transporte. Transporta el dispositivo de sujeción de la pieza y la propia pieza como una sola unidad, es desplazado por el sistema de manipulación y se coloca y se sujeta automáticamente sobre la mesa de la máquina. Las estaciones de palés también pueden servir para el almacenamiento temporal y la gestión de flujos. En almacenes independientes se pueden guardar piezas en bruto, piezas acabadas, herramientas y dispositivos de sujeción. Se pueden incluir estaciones de limpieza, desbarbado, medición e inspección según sea necesario.

El sistema de control conecta varios ordenadores y controladores de equipos a través de una red, siguiendo una arquitectura jerárquica. Su funcionamiento abarca cuatro ámbitos:

1. Planificación de procesos. Definir los procesos a partir de los requisitos del producto y adaptarlos de forma dinámica a los cambios en el calendario.
2. Planificación y programación de la producción. Mantener una producción equilibrada y un alto nivel de utilización de los equipos.
3. Control de las estaciones de trabajo y los equipos. Coordinar máquinas-herramienta, sistemas de transporte y almacenamiento de materiales, máquinas de medición, equipos de limpieza, robots y otros dispositivos.
4. Seguimiento del estado y control de calidad. Supervisar y controlar el sistema para que funcione de forma segura, fiable, normal y con una calidad estable.