DISEÑO DEL ENSAMBLE AUTOMÁTICO Y DESARROLLO DEL PLAN DE NEGOCIOS

PARA UNA BICICLETA PLEGABLE

PABLO ERNESTO VÉLEZ HOYOS

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES INGENIERÍA ELECTRÓNICA

ÁREA DE CONTROL AUTOMÁTICO BOGOTÁ

2002.

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DISEÑO DEL ENSAMBLE AUTOMÁTICO Y DESARROLLO DEL PLAN DE NEGOCIOS

PARA UNA BICICLETA PLEGABLE

PABLO ERNESTO VÉLEZ HOYOS

Trabajo de Grado

Asesor Fernando Jiménez

Ingeniero Eléctrico, Ph.D.

Coasesores

Fabio Rojas Ingeniero Mecánico Ph.D.

Carlos Francisco Rodríguez

Ingeniero Químico, Ph.D.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES INGENIERÍA ELECTRÓNICA

ÁREA DE CONTROL AUTOMÁTICO BOGOTÁ

2002.

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CONTENIDO

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INTRODUCCIÓN 10 1. PRESENTACIÓN DEL PRODUCTO 11 1.1 RESUMEN EJECUTIVO 11 1.1 1 Presentación de la idea 11 1.1.2 La empresa 11 1.1.3 Producto 12 1.1.4 Mercado y estrategias de mercadeo 12 1.1.5 Operaciones 12 1.1.6 Gerencia 13 1.1.7 Resumen Financiero, Oferta al Inversionista y Viabilidad 13 1.2 LA EMPRESA 14 1.3 PRODUCTO 15 1.4 MERCADO Y ESTRATEGIAS DE MERCADEO 16 1.4.1 Situación actual del mercado en Bogotá 16 1.4.2 Segmentación del mercado 16 1.4.3 Análisis de la competencia 17 1.4.4 Evidencia de aceptación 19 1.4.5 Promoción y ventas 19 1.4.6 Ventajas Competitivas 21 1.5 OPERACIONES 22

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1.6 GERENCIA 23 1.7 ANÁLISIS FINANCIERO 23 1.7.1 Fondos requeridos y destinación 24 1.7.2 Supuestos 24 1.7.3 Estados Financieros 25 1.7.4 Oferta al inversionista 25 1.7.5 Viabilidad financiera 25 1.8 PROBLEMÁTICA ACTUAL EN LA PRODUCCIÓN DE BICICLETAS EN EL MERCADO NACIONAL 27 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE AJUSTE PARA LA BICICLETA PLEGABLE 29 2.1MODELO DE CAJA NEGRA 29 2.2 RESTRICCIONES 29 2.3 PRINCIPIOS GENERALES QUE DEBE CUMPLIR EL ENSAMBLE AUTOMÁTICO 30 2.4 SOLUCIONES PROPUESTAS 31 2.5 CRITERIOS DE SELECCIÓN 33 2.5.1 Asignación del peso de cada criterio 34 2.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS SOLUCIONES PROPUESTAS 36 2.7 SELECCIÓN DE LA MEJOR SOLUCIÓN 41 2.8 PRUEBAS DE LA UNIÓN CON ADHESIVO ANAERÓBICO 42 2.8.1 Esfuerzos máximos teóricos que soporta el pegante 42 2.8.2 Resultados experimentales de las pruebas 43

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2.8.3 Análisis de elementos finitos 50 3. ESTUDIO DEL ENSAMBLAJE DEL MARCO PARA SU AUTOMATIZACIÓN 55 3.1 PROCESO DE CORTE DE TUBOS 56 3.1.1 Formas de llevar a cabo este proceso 58 3.1.2 Criterios de selección de la solución 60 3.1.3 Determinación del peso de los criterios 61 3.1.4 Evaluación de las propuestas 62 3.2 PROCESO DE DOSIFICACIÓN DEL PEGANTE 65 3.2.1 Formas de llevar a cabo este proceso 66 3.2.2 Criterios de selección de la solución 68 3.2.3 Determinación del peso de los criterios 68 3.2.4 Evaluación de las soluciones 69 3.3 PROCESO DE ENSAMBLE DE LAS PARTES 72 3.3.1 Subproceso de abastecimiento de partes 72 3.3.2 Subproceso de manipulación de las partes 78 3.3.3 Subproceso de inserción de las partes 82 4. DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LAS SOLUCIONES PROPUESTAS 93 4.1 AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE CORTE DE TUBOS. 93 4.1.1 Secuencia del proceso en condiciones de producción normal 93 4.1.2 Diagrama no estandarizado del proceso de corte en producción normal. 95 4.1.3 Metodología GEMMA 96 4.1.4 Lista de instrumentación 100

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4.1.5 Diagrama estandarizado del proceso (P&ID) 104 4.1.6 Programación del autómata 104 4.2 AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE ABASTECIMIENTO E INSERCIÓN DE PIEZAS. 105 4.2.1 Secuencia del proceso en condiciones de producción normal 105 4.2.2 Diagrama no estandarizado del proceso de ensamblaje del marco 106 4.2.3 Metodología GEMMA 108 4.2.4 Lista de instrumentación 110 4.2.5 Diagrama estandarizado del proceso (P&ID) 113 4.2.6 Programación del autómata 113 5. CONCLUSIONES 115 BIBLIOGRAFÍA 117 ANEXOS 118

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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Selección del peso de los criterios para el sistema de ajuste. 34 Tabla 2. Ventajas y desventajas de las soluciones propuestas para el sistema de ajuste 36 Tabla 3. Selección de la mejor solución. 41 Tabla 4. Resultados de la prueba de compresión. 45 Tabla 5. Histograma de la prueba de compresión. 46 Tabla 6. Resultados de la prueba de torsión. 48 Tabla 7. Histograma de la prueba de torsión. 48 Tabla 8. Combinaciones de cortes para lograr cero desperdicio en tubos de 1 56 Tabla 9. Combinaciones de cortes para obtener un número similar de pedazos de cada longitud en un tubo de 1”. 56 Tabla 10. Combinaciones de cortes para obtener desperdicio cero en un tubo de 1�”. 57 Tabla 11. Combinaciones de cortes para obtener un número similar de pedazos de cada longitud en un tubo de 1�”. 57 Tabla 12. Peso de los criterios para el corte de tubos. 61 Tabla 13. Evaluación de la mejor solución para el corte de tubos. 65 Tabla 14. Peso de los criterios para la dosificación del pegante. 69 Tabla 15. Evaluación de la mejor solución para la dosificación de pegante. 71 Tabla 16. Peso de los criterios para el subproceso de abastecimiento de partes.75 Tabla 17. Evaluación de la mejor solución para el abastecimiento de partes. 77 Tabla 18. Peso de los criterios para el subproceso de abastecimiento de partes.80 Tabla 19. Peso de los criterios para la inserción de partes. 87 Tabla 20. Evaluación de la mejor solución para la inserción de partes. 91 Tabla 21. Secuencia para producción normal del proceso de corte de tubos. 93 Tabla 22. Posibles fallas del proceso de corte 98 Tabla 23. Lista de instrumentación para el proceso de corte de tubos. 101 Tabla 24. Secuencia de producción normal para el ensamblaje del marco. 105 Tabla 25. Posibles fallas del proceso de corte 108 Tabla 26. Lista de instrumentación para el ensamblaje del marco. 111

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Modelo de caja negra del sistema de ajuste 29 Figura 2. Costos relativos de producción de algunos sistemas de ajuste 40 Figura 3. Dibujo sólido de la probeta ensamblada 44 Figura 4. Esquema acotado de la probeta ensamblada 44 Figura 5. Montaje de la prueba de compresión 45 Figura 6. Histograma de la prueba 46 Figura 7. Relación Tolerancia – Carga máxima. 46 Figura 8. Montaje de la prueba de flexión en tres puntos. 47 Figura 9. Montaje de la prueba de torsión. 48 Figura 10. Histograma de la prueba. 49 Figura 11. Relación tolerancia – torque máximo 49 Figura 12. Modelo desplazado (verde) y no desplazado del marco de la bicicleta, plano X, Y. 50 Figura 13. Modelo desplazado y no desplazado ( Vista 2) 51 Figura 14. Criterio de Tresca. 52 Figura 15. Criterio de Von Mises (Vista 1) 53 Figura 16. Criterio de Von Mises (Vista 2) 53 Figura 17. Criterio de Von Mises (Vista 3) 54 Figura 18. Diagrama de bloques del proceso de ensamblaje en general. 55 Figura 19. Modelo de caja negra del proceso de corte de tubos 57 Figura 20. Vista frontal de la forma manual de llevar a cabo el corte de tubos. 58 Figura 21. Vista frontal del montaje para llevar a cabo el proceso de corte de tubos en forma semiautomática. 59 Figura 22. Vista Superior del montaje para la forma semiautomática. 59 Figura 23. Vista frontal del montaje para hacer el corte de los tubos en forma automática. 60 Figura 24. Forma manual con rotación de las piezas para dosificar pegante 66 Figura 25. Sistema de dosificación de pegante manual sin rotación de las piezas67 Figura 26. Forma automática de dosificar el pegante 68 Figura 27. Diagrama de bloques del proceso de ensamblaje de las partes 72 Figura 28. Modelo de caja negra del subproceso de abastecimiento de partes. 72 Figura 29. Dispensador mecánico de piezas múltiples 73 Figura 30. Dispensadores mecánicos para cada pieza 73 Figura 31. Dispensador automático para cada parte. 74 Figura 32. Modelo de caja negra del subproceso de manipulación de partes 78 Figura 33. Manipulación por brazo robótico 78 Figura 34. Método para abolir la manipulación 79 Figura 35. Modelo de caja negra 82

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Figura 36. Ensamblaje por sistema rotativo de estación única 84 Figura 37. Ensamblaje por el sistema “simultaneo de estación única. 85 Figura 38. Ensamblaje en línea 86 Figura 39. Producción normal del proceso de corte de tubos. 95 Figura 40. Panel de control para la cortadora de tubos. 100 Figura 41. Esquema jerárquico del programa para el corte de tubos. 104 Figura 42. Producción normal del proceso de ensamblaje del marco. 107 Figura 43. Panel de control para el ensamble del marco 110 Figura 44. Esquema jerárquico del programa para el abastecimiento y ensamble de las partes del marco de la bicicleta. 113

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo de grado, se pretenden utilizar los conocimientos adquiridos a través de la carrera de Ingeniería Electrónica, así como de exhaustivas investigaciones en el tema, para desarrollar una máquina automática que permita mayor eficiencia y economía a la hora de hacer el ensamblaje de marcos de bicicletas. Se espera que dicha máquina pueda ser utilizada industrialmente en una naciente empresa de bicicletas plegables, cuyas estrategias de mercadeo y análisis financieros serán también incluidos, a manera de plan de negocios en este trabajo. El propósito final de este trabajo de grado, es entonces, lograr hacer un aporte desde la electrónica y más específicamente desde el control automático, a la generación de una nueva empresa en el país, que se espera permita crear nuevos puestos de trabajo, riqueza y prosperidad a la nación. El plan de negocios de la empresa de bicicletas plegables, se incluye para situar al lector en un entorno más amplio del proyecto, para ver de esta forma, el papel que la máquina jugaría en la reducción de costos de producción y la viabilidad financiera del proyecto en general.

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1. PRESENTACIÓN DEL PRODUCTO

1.1 RESUMEN EJECUTIVO* 1.1.1 Presentación de la Idea ¿ Quién no ha tenido que sufrir las inclemencias del transporte público en Bogotá, los atropellos de los conductores, la incomodidad de los colectivos y el estrés generado por los interminables trancones?, ¿ A quién no le gustaría llevar su bicicleta cuando va de paseo sin tener que comprar una fea e incómoda parrilla para poner en el techo del carro, o simplemente guardar fácilmente las bicicletas de toda la familia en el apartamento?. Pues bien llegó la solución perfecta. Un sistema que además de ahorrar tiempo y dinero, se conjuga perfectamente con Transmilenio para evitarle al usuario las incomodidades de los demás medios masivos de transporte capitalino, ayudándole al mismo tiempo a mantenerse en forma, sin contaminar el medio ambiente, pudiéndose doblar e introducir en una maleta para llevar o guardar en cualquier parte. El “milagroso” artefacto es “ La Bicicleta Plegable: 3/(*2�%, .(µ�� como su nombre lo indica es una bicicleta que se dobla para poder ser incorporada en otros medios de transporte o llevada a donde se quiera sin los inconvenientes de una bicicleta convencional. 1.1.2 La Empresa: Nace como una alternativa innovadora en nuestro medio, al problema del tráfico en la ciudad, adaptando un modelo exitoso en países desarrollados que alguna vez enfrentaron la misma dificultad. El nuevo producto surge también cómo respuesta al enorme esfuerzo que está haciendo la alcaldía distrital en la construcción de 3.070 Km de ciclorrutas y el colosal Transmilenio, además de la desestimulación del carro particular a través del creciente PICO & PLACA ∗.

* La presentación del producto se hace en formato de plan de negocios, lo que obliga a utilizar un lenguaje coloquial para dar una idea excitante del producto al inversionista. Se pide excusas al lector si considera este lenguaje inapropiado para un trabajo de grado, pero se recuerda que su utilización es en aras de hacer un ejercicio fiel de un plan de negocios. ∗ Medida adoptada por la Alcaldía de Bogotá, a través del decreto 626 en agosto de 1998 , en la cual se establece que los carros particulares no deberán salir a las calles dos días a la semana entre 7:00 AM - 9:00

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La bicicleta que se presenta sigue la tendencia vanguardistas sociales como la “cero contaminación” y la “vida Light”. 1.1.3 Producto Es una bicicleta plegable con altos estándares de calidad, con marco de aluminio y un original sistema de ensamblaje por inserción de tubos que reemplaza al viejo sistema de soldadura. Este novedoso medio de transporte se dobla en no más de 15 segundos sin necesidad de herramienta alguna. Su peso está por debajo de los diez kilos, incluye 6 cambios, doble suspensión y un práctico maletín para ser cargado fácilmente. 1.1.4 Mercado y Estrategias de Mercadeo El producto está destinado principalmente a un público joven y dinámico, que esté entre los 13 y los 35 años de edad, con personalidad aventurera, deportiva y ecológica. Está pensado para que toda familia de estrato 3, 4, 5 y 6 lo puedan tener. Es un artículo que ha demostrado causar una gran expectativa en el mercado. Inicialmente el producto se mercadeará a través de alianzas con empresas que tengan un gran reconocimiento en el mercado y que le den prestigio y recordación a la marca 3/(*2�%,.(� sin necesidad de invertir una gran cantidad de dinero en publicidad, además de ofrecer la ventaja de producir sobre pedido para no correr el riesgo de sacar una producción sin tener las ventas aseguradas. Un ejemplo de esta estrategia de mercadeo sería: “Por la compra de un Twingo cero kilómetros lleve una bicicleta plegable 3/(*2�%,.( ”. 1.1.5 Operaciones La empresa 3/(*2�%,.(6 está encargada del diseño de cada bicicleta, el ensamblaje de los marcos, la compra de todos los repuestos, el mercadeo y el manejo administrativo del producto, el transporte de las bicicletas hasta el punto de venta y la subcontratación de una empresa que hagan las diferentes piezas del marco, otra que los pinte y uno o varios mecánicos que ensamblen todos los repuestos sobre el marco ya pintado. AM y 5:00 PM – 7:00pm, dependiendo del número final de sus placas. Actualmente la medida se ha ampliado también a los carros de servicio público.

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1.1.6 Gerencia La gerencia está caracterizada por la idoneidad para desempeñar sus funciones ya que combina conocimientos ingenieriles y administrativos con una personalidad emprendedora y persistente, dispuesto a convertir este plan de negocios en un gran suceso comercial y retribuirle una excelente rentabilidad al inversionista. 1.1.7 Resumen Financiero, Oferta al Inversionista y Viabilidad Alta rentabilidad que compensa el riesgo. Inversión con garantías excepcionales sobre su retorno. Baja inversión inicial. Negocio con muchas ventajas competitivas en un momento ideal para salir al mercado.

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1.2 LA EMPRESA Surge como respuesta a la inconformidad de la ciudadanía capitalina, ante las pésimas condiciones de transporte público que se presentan en Bogotá. Aunque es bien sabido por todos que el Transmilenio y las ciclorrutas han mejorado enormemente esta situación, también es cierto que la inmensa mayoría de la población vive a una distancia considerable de las estaciones, por lo que si quieren acceder a este medio tienen que pagar al menos dos pasajes de bus al día (uno de la casa hasta la estación y el otro de regreso), lo que inevitablemente se convierte en un gasto más al ya muy “golpeado bolsillo” del ciudadano. Para llegar a la solución que se propone, se estudió y adaptó a las necesidades de nuestra sociedad, el modelo de bicicleta plegable utilizado durante casi cuatro décadas, para resolver problemas de tránsito similares a los nuestros, en países industrializados como Inglaterra, Francia, Japón, Taiwán y Estados Unidos. Otras necesidades latentes en nuestra sociedad, que también busca atacar nuestra empresa, son las de estar en forma y llevar una vida Light, sin necesariamente tener que sacrificar tiempo del diario vivir, es decir, aunque la gente tiene conciencia de los beneficios de hacer ejercicio, no dispone del tiempo para hacerlo, por lo cual se debe incluir un acondicionamiento físico dentro de su rutina diaria que no represente tiempo extra. La empresa tiene como funciones diseñar, ensamblar, mercadear, distribuir los productos que se construyan, además de subcontratar una empresa para que hagan los empates de los tubos a través de la técnica de “coquillas”** y otra que pinte los marcos con pintura electrostática.*** Esta firma tiene como objetivos principales impulsar el desarrollo empresarial del país, la generación de empleo y la generación de altos márgenes de utilidad y dividendos para los socios e inversionistas. A largo plazo la empresa planea consolidarse como líder a nivel latinoamericano de sistemas alternativos de transporte urbano, no solo explotando la bicicleta plegable, sino también productos novedosos en nuestro mercado como los tenis-patines, las bicicletas y patinetas eléctricas, entre otros. ** Esta técnica consiste en hacer un molde de la pieza en acero, para luego vaciar el metal en la cual se vaya a hacer la pieza. Para el caso de esta bicicleta se ha optado por usar una aleación más resistente de aluminio, llamada Duraluminio, que está compuesta en un 95% de Aluminio, 4.5% de Cobre, 0.25% de Magnesio y 0.25% de Manganeso. *** Para ver con más detalle las operaciones de la empresa, por favor remitirse al numeral 1.4.6 .

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1.3 PRODUCTO Las bicicletas plegables se han consolidado en Europa, Asia y Estados Unidos, a lo largo de casi cuatro décadas como el complemento ideal del transporte público urbano. Su impresionante capacidad para reducir su tamaño permite cubrir pequeñas o medianas distancias, para luego ser incorporadas dentro de un medio de transporte, como los buses, carros particulares, metro, Transmilenio, aviones etc., y posteriormente continuar con el recorrido. Esta bicicleta reemplazará la necesidad de tomar un bus de ida y vuelta, desde o hasta las estaciones de Transmilenio o al destino final, reduciendo así, de manera dramática los costos de transporte y ofreciendo al mismo tiempo la posibilidad al usuario de hacer deporte, mantenerse en forma y explotar los 3.070 Kilómetros de ciclorrutas que la alcaldía está construyendo en Bogotá. Las bicicletas plegables, cuentan además con la gran virtud de poder ser almacenadas fácilmente en residencias pequeñas y poder ser llevadas de viaje en el baúl del carro, sin necesidad de comprar artefactos para llevarlas en el techo del vehículo. Para hacer más agradable su uso e incentivar al público deportista, la bicicleta tendrá altos estándares de calidad, marco de aluminio para aligerar su peso, doble suspensión, seis cambios y como si fuera poco un práctico maletín para introducir la bicicleta y poderla cargar. El producto cumple con las siguientes especificaciones técnicas: Tamaño de la bicicleta desdoblada Largo: 127 cm Ancho: 60 cm Altura: 94 cm Tamaño de la bicicleta doblada Largo: 73 cm Ancho: 35 cm Altura: 46 cm Peso 10 Kg Material Marco 97% Aluminio, 3% Acero Material Maletín Lona Jumbo 400 Tiempo de doblado 15 s

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El precio al público estimado es de $250.000 pesos.. 1.4 MERCADO Y ESTRATEGIAS DE MERCADEO 1.4.1 Situación actual del mercado en Bogotá En la actualidad, la capital de Colombia, cuenta con una cultura bastante generalizada de uso de la bicicleta, sin embargo en las últimas décadas se ha tenido una concepción de su uso primordialmente como medio de recreación y deporte y no como un medio alternativo de transporte, debido básicamente al temor que sienten los usuarios a ser atracados.* La ciclovía tiene actualmente alrededor de 1 millón de usuarios, sin embargo como medio de transporte, la bicicleta solo representa un 0.5% del total de los viajes que se realizan en la ciudad, lo que denota un gran potencial por explotar, ya que en algunas ciudades europeas, este porcentaje se eleva hasta el 21%.** Los viajes en bicicleta en Bogotá, a excepción de los de la ciclovías, los domingos y días festivos, se realizan en un 95% por hombres, 41% de los cuales tienen entre 21 y 30 años de edad. El 70% de los viajes son para ir al trabajo, el 30% de los viajes duran menos de 30 minutos, el 27% duran entre 30 y 60 minutos y el 20% duran entre una hora y hora y media. El 35 % de los viajes son menores a 4 Km, el 28% entre 5 y 8 Km y el 37% restante más de 9 Km.*** La ciudad de Bogotá, a través del instituto de Desarrollo Urbano, comenzó a partir de 1999 y hasta el 2006, lo que se denominó el “Plan Maestro de Ciclo Rutas” que tiene un presupuesto de 349.665 millones de pesos, con lo cuál se incrementará de manera dramática la seguridad al ciclista, lo que a su vez facilitará enormemente el uso de la bicicleta como medio alternativo de transporte. 1.4.2 Segmentación del Mercado

• Geográfica: Inicialmente se venderá en Bogotá, dependiendo del éxito obtenido nos expandiremos rápidamente a Medellín, Cali, Barranquilla y demás ciudades importantes del país, para después penetrar a los principales países de centro y Sudamérica, como los son Ecuador, Perú, Venezuela, México y Brasil.

* Murtinho Espinosa, Felipe. Los problemas del uso de la bicicleta en Bogotá como medio alternativo de transporte. Universidad de los Andes. Bogotá, 2001; p. 10-11. ** Ibíd., p. 9. *** Instituto de Desarrollo Urbano. Plan maestro de ciclorrutas. Bogotá 1999. P. 16.

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• Demográfica: Edad: 13 a 35 años. Raza: No es relevante. Estratos: 3, 4, 5, 6. Ingresos: Más de $600.000 por familia. Sexo: Mayoritariamente masculino. Estado Civil: Soltero, casado, divorciado, viudo. Ocupación: Principalmente estudiantes de bachillerato, estudiantes universitarios y profesionales recién graduados.

• Frecuencia de Uso: El artículo está diseñado para ser usado diariamente

o a la frecuencia que el cliente estime necesaria.

• Ubicación con respecto a Transmilenio: En caso de que el cliente solo la quiera utilizar como medio de transporte para llegar a una estación de Transmilenio, el usuario debe vivir entre 1 y 6 Km. De distancia de la estación más cercana. En el caso de que el cliente la adquiera con otro fin, este ítem no es relevante.

• Conocimiento de Bicicletas: El cliente debe reconocer las ventajas del

aluminio sobre el acero, pero no es necesario que sea un conocedor de las marcas de los repuestos.

• Psicográfica: El cliente debe tener personalidad aventurera, de

rompimiento de esquemas, conciencia ecológica, espíritu deportivo, y criterio de ahorro.

1.4.3 Análisis de la competencia Aunque nuestro producto es totalmente innovador en Latinoamérica, debemos contemplar como competidores a los fabricantes de productos sustitutos como lo son las bicicletas convencionales, las patinetas plegables, patinetas eléctricas importadas y los buses tradicionales. En primer lugar los buses tradicionales son considerados como competencia por el hecho de prestar también el servicio de llevar o traer al usuario hasta las estaciones de Transmilenio. Sin embargo estos buses, en su mayoría se encuentran en muy mal estado, frenan bruscamente, llevan pasajeros de pie, no paran en los paraderos y además le generan gasto de dinero y estrés al usuario. Su única ventaja frente a la bicicleta plegable es que pueden transitar distancias muy largas, para lo cual no están diseñadas estás bicicletas.

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En cuanto a las bicicletas convencionales las principales fábricas en Bogotá son: Bicicexpress, Aromo, Facobic, Zuppra y Hammer que producen bicicletas muy baratas, la mayoría bicicletas todo-terreno con muy bajos estándares de calidad y con repuestos genéricos; por otro lado está INSSA que produce bicicletas de buena calidad a un precio superior (alrededor de $300.000 pesos). Todas estas empresas producen bicicletas en acero, ensambladas con el tradicional método de matrices∗ y soldadas con soldadura de tipo MIG eléctrico. Los jugadores claves en el mercado de bicicletas en Bogotá son: El señor Javier Ossa, dueño de INSSA quien ha logrado labrarse una buena reputación por medio de la buena calidad de sus bicicletas, diseños bonitos y buenos acabados de soldaduras. El señor Sigifredo Torres, quien es el dueño de la marca de bicicletas HAMMER y de los almacenes EL TRIUNFO, la cual se ha tomado una parte importante del mercado a través de precios muy bajos y llamativos diseños de los marcos, aunque la calidad de estas bicicletas no es muy buena. El señor Hernán Arístizabal, quien es el mayor importador legal de repuestos de bicicletas de Colombia y por lo tanto el que mejores precios maneja. Las bicicletas convencionales tienen el inconveniente de que no se pueden llevar a cualquier parte, son pesadas**, no se pueden guardar fácilmente en un apartamento o en una casa pequeña, no se pueden llevar fácilmente de paseo en el carro, puesto que para esto hay que comprar un dispositivo que permite sostenerlas en el techo del carro, no representan un complemento ideal para Transmilenio ya que no se pueden introducir dentro del sistema y además aunque algunas pocas estaciones cuentan con ciclo – parqueadero, estos no tienen ninguna vigilancia y quedan retirados de la estación***. La principal ventaja que tienen las bicicletas convencionales frente a las plegables es que avanzan más rápidamente por el mayor diámetro de sus rines y por la mayor distancia entre la cadera del ciclista y los pedales, por lo tanto pueden cubrir mayores distancias. También hay que tener en cuenta, que existen actualmente en el mercado bicicletas de origen taiwanés y chino que tienen precios increíblemente bajos (por debajo de los $100.000 pesos) y que cuentan con muy buenos canales de ∗ Método que consiste en construir una estructura en acero que permite fijar los tubos en el ángulo y la distancia adecuados para luego ser soldados fácilmente. ** Existen bicicletas convencionales que tienen marcos en Aluminio, Carbono, Titanio y otras aleaciones que son muy livianas pero son muy caras y están fuera del segmento en que se piensa competir. *** Para ver un ejemplo de lo aquí descrito, se puede observar la estación “Avenida 68” que queda en el cruce de la avenida 68 con calle 80 en Bogotá.

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distribución como son los hipermercados: El Éxito, Carrefour, Alkosto, Makro etc. Sin embargo su calidad es ínfima. Lo preocupante del caso es que están dejando en la mente de los clientes que las bicicletas deben tener precios muy similares a estos sin importar su calidad. Otro producto que hay que considerar como sustituto son las famosas patinetas plegables que hace dos años estuvieron muy de moda, cuya funcionalidad se supone es la misma que se busca con la bicicletas plegables, pero que se quedan cortas en cuanto velocidad y confort al usuario. Además este producto fue mercadeado como un juguete para los niños en diciembre y nunca fue exhibido como una propuesta de medio alternativo de transporte, razón por la cual pasó de moda rápidamente. Sus principales ventajas frente a las bicicletas plegables son su menor tamaño y peso. Por último hay que mencionar las bicicletas y patinetas eléctricas o a gasolina que tienen un desempeño muy bueno pero son muy caras, pesadas y no se pueden incorporar a sistema de transporte masivo. 1.4.4 Evidencia de Aceptación Para comprobar la aceptación del mercado hacia el artículo propuesto, se realizaron 93 encuestas en la Universidad de los Andes, la Universidad Javeriana y la Universidad de la Sabana para conocer el porcentaje de encuestados que estarían dispuestos a comprar el artículo. Los resultados de dichas encuestas fueron muy satisfactorios: El 67.74% de los encuestados dijeron que sí compraría la bicicleta, el 24.73% dijeron que probablemente la comprarían y solo el 7.52% dijeron que no la comprarían. Para más información de esta encuesta, favor remitirse a lo anexos. 1.4.5 Promoción y Ventas: Inicialmente el producto se promocionaría a través de convenios con compañías que tengan un alto reconocimiento en el ámbito nacional, las cuales ofrecerían la bicicleta a sus clientes como un gancho comercial por medio de sorteos o como premio o “encima” por haber comprado alguno de sus productos. La relación comercial que se establecería con estas empresas sería de beneficio mutuo, se les daría un precio más económico que el precio de venta directa al público, cumplimiento estricto en la entrega del producto y garantía de un año sobre el marco de la bicicleta. A cambio se exigiría publicidad para nuestro producto y pago cumplido de la mercancía (50% sobre pedido, 50% sobre entrega).

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Se ha pensado en incursionar al mercado a través de convenios con otras compañías porque es un buen sistema de posicionar la marca, dándole seriedad e imagen de grandeza, sin tener que invertir una gran cantidad de dinero en publicidad. Por otro lado es la mejor forma de minimizar el riesgo, ya que se produciría con la seguridad de tener la mercancía totalmente vendida y se aseguraría la fabricación de un buen número de piezas lo que bajaría bastante los costos. Para darle una mayor claridad al lector acerca del tipo de promociones que se harían a través de los convenios con otras empresas, se citan los siguientes eslóganes a manera de ejemplo: “Por la compra de un Twingo lleve gratis una bicicleta plegable 3/(*2�%,.( ”, “Invierta ya 10 millones de pesos a seis meses

en el CDT regalo del Banco XYZ y gánese una super-bicicleta plegable 3/(*2�%,.(”, “Por la compra de tu cereal CHUCHI participa en el sorteo de 100

fabulosas bicicletas plegables 3/(*2�%,.(6 ”. Es necesario decir que además de los ya mencionados convenios, las bicicletas también se distribuirán en almacenes especializados como TodoTerreno, Trocha&Cross, Goyo Series, Bike House etc, además de todos los almacenes localizados en la zona de la calle 13 entre carreras 15 y 20 y la zona de la calle 72 entre carreras 26 y 30, con los cuales se trabajaría bajo pedido. Otro tipo de promoción que se ha pensado realizar es sacar un artículo en la revista MOTOR, que es la revista de mayor difusión en la ciudad de Bogotá y que además ha hecho un gran énfasis en el tema de Transmilenio y medios alternativos de transporte, en donde se presente nuestra bicicleta como algo novedoso y que ayudará a mejorar la calidad de vida de los bogotanos. Se ha pensado también en participar en ferias especializadas como la feria del hogar, el salón del automóvil en Bogotá, la feria exposición internacional de Bogotá etc. También se realizarían demostraciones a través de puntos de exhibición en la ciclovías los domingos y festivos. Una vez consolidada la marca y teniendo un mejor conocimiento del mercado se procedería a montar una página en Internet para hacer ventas directas por medio del e-commerce, lo cuál nos permitiría llegar a un público mucho más masivo a escala nacional e incluso internacional sin tener que incluir en el precio final la

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comisión que cobran los intermediarios, que usualmente es bastante alta*, por lo que seríamos aún más competitivos en el mercado. Una vez la compañía disponga del suficiente dinero, se podría hacer publicidad a través de pequeños anuncios que van colocados dentro de los buses de Transmilenio y en las vallas que hay disponibles en los nuevos paraderos de buses que hay en toda la ciudad, ya que esta publicidad no es muy costosa y llega directamente al público objetivo. A mediano plazo se intentará negociar con los supermercados para incluirlos como canales de distribución puesto que este tipo de almacenes ofrece un gran potencial de ventas. 1.4.6 Ventajas Competitivas: Entre las múltiple ventajas competitivas de las bicicletas plegables 3/(*2�%,.(6�� se pueden enumerar las siguientes:

• Producto totalmente novedoso en Latinoamérica, lo que genera un gran impacto comercial y la posibilidad de explorar mercados internacionales.

• Permite un perfecto acople con el sistema de transporte masivo de cualquier ciudad, por su pequeño tamaño al ser plegadas y su bajo peso.

• Cuentan con un sistema de plegado muy eficiente, que permite doblar la bicicleta en tan solo 15 segundos sin la ayuda de herramientas.

• Le permiten al usuario incorporar en su rutina diaria de transporte, la posibilidad de hacer ejercicio cardiovascular que mejorará su calidad de vida.

• Son más seguras que las bicicletas convencionales puesto que gran parte del tiempo no están a la vista de los ladrones por estar guardadas en un maletín. Además, los usuarios no tiene que estacionarlas en sitios alejados, sino que las pueden llevar consigo adonde vayan.

• Pueden ser guardadas fácilmente en apartamentos y casa de familia con espacio reducido.

• Su diseño es adecuado para clientes de ambos sexos. • Se pueden llevar fácilmente de viaje en el baúl de un carro cualquiera. • Incluyen maletín de lona Jumbo 400. • Su construcción en Aluminio permite aligerar su peso, elevar su estatus

y generar barreras de entrada a futuros competidores en la industria

* Normalmente esta comisión oscila entre el 20 y el 30 por ciento.

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nacional ya que en el país la mayoría de empresas trabajan marcos en acero.

• Cuentan con un original sistema de ensamble que reduce al mínimo (o incluso elimina) el uso de soldadura, lo que les da una presentación impecable, una mayor facilidad de armado y también genera barreras de entrada a futuros competidores, dado que en el país siempre se usa el ensamble a través de soldadura MIG.

• Tienen un precio muy competitivo en el mercado, dados sus altos estándares de calidad, que se encuentra al alcance del bolsillo de un gran porcentaje de hogares colombianos.

1.5 OPERACIONES La operación comienza con el mercadeo y toma de pedidos para la producción del siguiente mes. Una vez se sabe a ciencia cierta el número de unidades a producir y se tiene el 50% del pago por adelantado, se procede a encargar a la empresa “PMF procesos microfundidos” la fabricación de todos los empates de tubos requeridos para dicha producción; esta empresa está en capacidad de fabricar 200 juegos de tres empates en 5 días hábiles. Vale la pena enunciar que para hacer estos empates se debieron haber hecho mínimo con 15 días hábiles de anterioridad los respectivos moldes*, con la técnica de coquillas que permite posteriormente el vaciado de las piezas en duraluminio fundido. Mientras se produce la entrega de los empates, se realiza la compra de los tubos de aluminio necesarios para ensamblar completamente el marco de la bicicleta, a la empresa MAKRO ALUMINIOS, la cuál vende tubos de 6 metros de longitud en cada uno de los calibres que después se tienen que cortar a la longitud requerida. Por otro lado se realiza el pedido de los juegos completos de repuestos necesarios a la empresa H. Aristizabal, que se compromete a entregarlos a los 3 días hábiles después del pedido. También se hace el pedido de los maletines a la empresa “VALCO bolsos y morrales” que se demora 15 días hábiles hasta su entrega. Una vez obtenidos todos los elementos se procede a cortar los tubos de aluminio a la longitud requerida, a armar el tenedor delantero y a ensamblar los marcos. Cuando los marcos están perfectamente ensamblados se transportan hasta la empresa “N.C.R Pintura Electrostática” para que los pinte con pintura electrostática, del color que haya exigido el cliente o en su defecto de color aluminio natural. * Estos moldes solo se mandan a fabricar una vez, ya que un solo molde sirve para la producción de más de 4000 piezas.

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Teniendo los marcos ya pintados, se transportan nuevamente a la fabrica, se le pegan las calcomanías con el logotipo de la marca y se le ponen todos los repuestos con lo que quedan listas para la entrega con su respectivo maletín. Por último se transportan las bicicletas hasta los clientes y se recauda el 50% del pago restante. Es importante aclarar que al principio, a los mecánicos que ensamblan la bicicleta y le ponen los repuestos se les va emplear bajo un contrato de servicios laborales (sin prestaciones), pagándoles una cantidad fija de dinero por cada bicicleta en que trabajen. Para mayores detalles sobre los costos y las necesidades financieras, referirse al resumen financiero más adelante. 1.6 GERENCIA El gerente general de la empresa 3/(*2�%,.(6� sería Pablo Ernesto Vélez Hoyos, quién actualmente cursa 10° semestre de Ingeniería Electrónica en la Universidad de los Andes, que cursó la opción en “Desarrollo de la capacidad empresarial” y realizó algunos cursos de Ingeniería Industrial en la misma universidad. Su labor sería desarrollar las estrategias de mercadeo, logística y producción de la empresa. Es claro que en el grupo gerencial, hace falta una persona que se encargue de las finanzas y la parte contable y otra que se encargue del diseño industrial para seguir en la búsqueda continua del mejoramiento del producto y el lanzamiento de nuevos productos. Actualmente no se sabe a ciencia cierta quienes ejercerán estas funciones, pero se seguirá en la búsqueda de las personas idóneas para estos puestos. El equipo gerencial, al igual que los demás trabajadores de la compañía, no devengará inicialmente un sueldo fijo, sino que se ganará según el número de unidades vendidas por mes, para así incentivar un programa de cumplimiento de metas y autosuperación continua.

1.7 ANÁLISIS FINANCIERO En los anexos se presentan los supuestos financieros, los costos de producción, los balances, los flujos de caja, los P&G y los pronósticos de ventas para los próximos cinco años.

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Todos los análisis que se presentan a continuación hacen referencia a estos anexos, por lo tanto para estudiar las tablas y los gráficos con más detalle, favor remitirse al final del trabajo. 1.7.1Fondos requeridos y destinación El negocio necesita una inversión inicial total de 17’400.000 pesos, con los cuales se pretende cubrir la producción del primer mes, los costos fijos del primer mes, la fabricación de los moldes de las coquillas para las piezas de unión del marco y la compra de la máquina cortadora de tubos. Se pretende conseguir esta inversión inicial a través de aportes de inversionistas externos, que no entrarían como socios en la empresa, pero que gozarían de una tasa de interés preferencial. La modalidad de pago de este préstamo es de cuota fija de amortización a capital con intereses del 3% sobre el saldo, pagaderos mes vencido. De esta forma se pretende que los pagos sean uniformes en el tiempo para no distorsionar mucho el flujo de caja. Como se puede apreciar en el anexo, debido al bajo monto del préstamo, la deuda adquirida es de corto lazo por lo que se termina de pagar en el primer año. Los intereses pagados al inversionista están muy por encima de la tasa DTF, ya que como se había mencionado anteriormente, se pagará 3% mes vencido, lo que se traduce en una gran oportunidad para el prestamista. 1.7.2 Supuestos En los anexos aparecen las proyecciones oficiales de inflación en Colombia para los próximos 5 años según el Banco de la República, que ha venido cumpliendo en los últimos años con las metas señaladas. Además a través de un estudio del sector de las bicicletas por medio de visitas a dos grandes compañías y de un cuidadoso estudio de benchmarking se establecieron los periodos en días de las rotaciones del balance (Cuentas por cobrar, cuentas por pagar e inventarios). Se estableció un margen de ganancia bruto del 30% y un porcentaje de publicidad del 1% sobre las ventas del año a partir del año 2.

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1.7.3 Estados financieros El negocio empieza a dar utilidades a partir del primer año, alcanzando una utilidad de más de 29 millones de pesos, para llegar a una utilidad de más de 65 millones de pesos en el quinto año. Es importante tener en cuenta que en este plan de negocios se ha hecho un pronostico de ventas bastante cauteloso, ya que se estimaron para el primer año ventas de solo mil unidades y un crecimiento de 40% en los siguientes cinco años. La razón para hacer estos pronósticos tan pesimistas es determinar si bajo circunstancias adversas aún la empresa sigue siendo rentable. La TIR del negocio a cinco años para los socios es de 191% y el VPN a cinco años es de 100’258.139 pesos, descontado a una tasa del 35%. Resulta evidente que la empresa representa un gran negocio, aún en condiciones adversas para los socios debido a que genera un gran retorno a la inversión en un periodo muy corto de tiempo y con una inversión inicial muy baja. 1.7.4 Oferta al inversionista Como se dijo anteriormente, este plan busca conseguir uno o varios inversionistas que contribuyan con un capital de 17’400.000 pesos antes de que comience el negocio. El retorno a la inversión se dará en forma de pagos uniformes mensuales durante el primer año con un interés del 3% mes vencido sobre el saldo. Adicionalmente estos pagos toman la forma de dividendos preferenciales, pues tiene prioridad sobre los demás desembolsos. Finalmente, en caso de insolvencia de la empresa, se establece que los inversionistas tendrán derechos sobre los recursos liberados en un eventual proceso de liquidación. 1.7.5 Viabilidad financiera

Como quedó demostrado la empresa 3/(*2�%,.(6� constituye un gran negocio tanto para el inversionista como para los socios, debido al alto retorno a la inversión, su bajo riesgo y la baja inversión inicial necesaria.

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El éxito de la empresa está prácticamente asegurado, no solamente por el conocimiento que se ha venido adquiriendo del negocio, sino también por los contactos y relaciones que se han establecido con los proveedores y distribuidores. Adicionalmente, como se mencionó en la parte de mercadeo, la empresa 3/(*2�%,.(6� pretende ser una compañía de medios alternativos de transporte e ir más allá de la bicicleta plegable, por lo que es de esperar que sus ganancias sean mucho mayores a las presentadas en este plan de negocios en el mediano plazo.

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1.8 PROBLEMÁTICA ACTUAL EN LA PRODUCCIÓN DE BICICLETAS EN EL MERCADO NACIONAL

Para conocer más a fondo el proceso de fabricación de bicicletas que se lleva a cabo en nuestro país, el autor, procedió a visitar e investigar, dos de las mayores fabricas de bicicletas a nivel nacional, como lo son INSSA e Industrias Román, las principales conclusiones a las que se llegó es que la fabricación nacional de bicicletas es todavía muy artesanal y no cuenta con tecnología de punta. Las fabricas no están automatizadas y por lo tanto sus líneas de ensamblaje son completamente manuales, esto conlleva a que la velocidad con que los procesos son llevados a cabo dependa en gran medida de la experiencia y pericia del operador. En los últimos años no se han producido innovaciones notables en el diseño de las bicicletas y las pocas modificaciones que se han hecho son copias de bicicletas importadas. Hoy por hoy no se están haciendo marcos en aluminio en Colombia, puesto que la única fábrica que los producía, Industrias Román, dejó de fabricarlos debido a los altos costos de producción en que se incurre al utilizar el proceso convencional y al deprimido mercado nacional. A continuación se describe paso a paso el proceso de elaboración de una bicicleta en Industrias Román* e INSSA: Inicialmente llegan a la fabrica tubos de acero de 6 metros de longitud, los cuales son pasados por la troqueladora en donde son cortados a la longitud requerida. Adicionalmente en esta máquina se estampan las uñas de los tenedores y se les da algunos pequeños acabados a los tubos del frente de la bicicleta. Una vez cortados los tubos, se pasan por un torno en donde se les da la forma que requieren para su posterior acople. Paralelamente a este proceso, se hacen las roscas del tenedor y de la caja central con una tarraja eléctrica. Ya cuando los tubos están listos para ser unidos, se montan en una “matriz”, que es un dispositivo de acero en donde se fijan los tubos a los ángulos requeridos para posteriormente ser soldados más fácilmente. Al tener los tubos fijos en la matriz, se les pone un punto de soldadura MIG (Metal Inert Gas o soldadura metálica con gas inerte) cuyas principales ventajas son que el cordón de soldadura queda más liso, no hay que martillarlo ni “descascararlo” como la soldadura eléctrica convencional, es más rápida, más económica y más segura. Luego de tener el marco armado, se le da un baño ácido durante 5 0 6 horas, para quitarle la grasa, se le liman las imperfecciones que hayan quedado de la soldadura y se rectifican las superficies en la sección de pulimento, en donde se utilizan pastas de cebo y esmeriles de diversos tamaños de grano para darle un

*Programa Caja de Cristal [Cinta de Video]. Referencia: Bicicletas. Duración 25 minutos. Inravisión. Señal Colombia. 1998.

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acabado más brillante. Todo esto con el fin de que al cromar o pintar el marco quede con un brillo y un color más intenso. Para pintar los marcos se utiliza pintura electrostática líquida horneable, la cual al tener una carga eléctrica opuesta a la del marco permite una mayor adherencia, mejor cubrimiento y mejor acabado. Después de aplicar la pintura se hornean los marcos a 170°C durante aproximadamente 40 minutos. Obtenidos finalmente los marcos, ya pintados y listos, se procede a ensamblar las demás partes de la bicicleta y a hacer sus consiguientes pruebas de calidad. Este proceso puede tomar otras tres horas aproximadamente. Uno de los objetivos de esta tesis es tratar de concebir una manera más eficiente de ensamblar los marcos de las bicicletas, que permita obtener bicicletas de mejor calidad y de menor costo, aumentando las ventajas competitivas frente a las grandes compañías a nivel mundial. Más explícitamente se trata de diseñar un método para ensamblar bicicletas plegables en aluminio que permita ser automatizado y que en lo posible no incurra en los altos costos de la soldadura para aluminio. Se espera obtener una nueva tecnología que permita sentar un precedente en la industria nacional, para salir del letargo en que se encuentra actualmente, logrando de esta manera ser más competitiva en el ámbito mundial, en un mercado dominado principalmente por China, Taiwan y Corea.

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2.DISEÑO DEL SISTEMA DE AJUSTE PARA LA BICICLETA PLEGABLE El problema que se busca atacar es encontrar la manera más eficiente de ensamblar el marco de una bicicleta teniendo como entrada las diferentes partes que componen a dicho marco. La calidad del ensamble escogido debe brindarle la mayor seguridad al usuario, aún cuándo la bicicleta sea sometida a condiciones para la cuál no fue diseñada. La vida útil de los ajustes debe ser lo más prolongada que sea posible, nunca inferior a los cinco años. En la medida de lo posible se debe buscar que la solución sea innovadora, resistente y de bajo costo para brindarle a la marca un alto valor agregado e impacto en el mercado. 2.1 MODELO DE CAJA NEGRA Figura 1. Modelo de caja negra del sistema de ajuste. 2.2 RESTRICCIONES • La solución escogida debe ser automatizable. • Los tubos que se utilicen para el ensamblaje serán referencias comerciales,

con diámetros y tolerancias sujetas a las especificaciones del fabricante. • Los ajustes logrados no deben aflojarse ni salirse durante toda la vida útil del

producto. • Se trabajará con Aluminio.

SOLUCIÓN BUSCADA

Partes del Marco (Por ejemplo los tubos cortados, los empates de los tubos, etc.)

Técnica óptima para unión de los tubos.

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• La bicicleta ensamblada con el método que se escoja debe cumplir con los requerimientos de la norma del ICONTEC NTC 3637 “Ensamble marco - tenedor ”.

• El sistema de ajuste escogido debe permitir que se ensamblen 200 marcos* en cuestión de pocas horas o en un máximo de dos días.

2.3 PRINCIPIOS GENERALES QUE DEBE CUMPLIR EL ENSAMBLE AUTOMÁTICO Antes de pasar a determinar cuáles son los criterios de selección y las posibles soluciones, es importante considerar las siguientes recomendaciones que nos hace Mikell Groover1, para obtener un diseño de ensamble automático que asegure los medios más sencillos, el menor costo y la mejor calidad. 1. Usar la menor cantidad de partes posible para reducir la cantidad de

ensambles requeridos. 2. Reducir la cantidad de sujetadores roscados requeridos: Se deben utilizar en

su lugar ajustes de agarre automático, anillos de retención y otros métodos de ensamblaje debido a que los ajustes roscados son más difíciles de automatizar.

3. Estandarizar los sujetadores: Con esto se pretende reducir la cantidad y la

variedad de los sujetadores requeridos en el proceso, para facilitar el manejo de inventarios, el hacer pedidos y aumentar la velocidad de ensamble.

4. Reducir dificultades de orientaciones de las partes: En general los problemas

de orientación se reducen diseñando partes simétricas. 5. Evitar las partes que se enredan: Se deben evitar las partes con ganchos,

orificios, ranuras y rizos, ya que estas tienen mayor probabilidad de enredarse y atorar los alimentadores automáticos.

6. Usar la modularidad en el diseño de productos: Se sugiere que el diseño sea

modular, en donde cada módulo o subensamble tenga un máximo de 12 o 13 partes. Asimismo, el subensamble debe diseñarse alrededor de una parte base a la cual se le agregan otros componentes.

* Demanda estimada del producto. 1 GROOVER, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas. 1° Ed. Mexico: Ed. Prentice Hall, 1997.

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7. Reducir la necesidad de manejar varios componentes a la vez: Es mejor separar las operaciones en estaciones diferentes, en lugar de manejar y sujetar simultáneamente varios componentes en la misma estación de trabajo.

8. Limitar las direcciones requeridas de acceso: Significa que debe reducirse la

cantidad de direcciones en las cuales se añaden componentes nuevos en el subensamble existente.

9. Componentes de alta calidad: El rendimiento productivo de un sistema

automatizado requiere que se añadan componentes de alta calidad a cada estación de trabajo. Los componentes de baja calidad producen atascamientos en los mecanismos de alimentación y ensamble, generando pérdidas de tiempo.

2.4 SOLUCIONES PROPUESTAS Para proponer un buen número de alternativas para hacer el ensamblaje de los marcos de la bicicleta, se procedió a evaluar, tanto las soluciones tradicionales aplicadas en la industria de las bicicletas, como otras alternativas que aunque son utilizadas en otras industrias para hacer ajustes cilíndricos, nunca han sido usadas para ensamblar marcos de bicicletas. A continuación, se presentan las mejores alternativas que se encontraron después de consultar bibliografía referente al tema2: Los ensamblajes utilizados para trasmitir carga en las direcciones de torsión, axiales o radiales de un eje a un agujero o viceversa pueden ser divididos en tres grandes grupos: 1) Ensamble mecánico: Implica el uso de diferentes métodos de sujeción para

sostener juntas en forma mecánica dos o más partes. En la mayoría de casos requiere de sujetadores externos que se agregan a las partes que se van a unir. En otros casos se evitan los sujetadores externos mediante el formado o reformado de uno de los componentes que se van a ensamblar.

Los ensambles mecánicos se pueden subdividir a su vez, en dos grupos: 1. Los que permiten un desensamble y 2. Los que crean una unión permanente. Como posibles soluciones se evaluarán las siguientes clases de ensambles mecánicos:

2 Ibid., Pp. 712-807.

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¾�Sujetadores roscados: Son componentes separados del equipo que tienen roscas internas y externas para el ensamble de las partes. Permiten el desensamble. Los tipos más usados de sujetadores roscados son los pernos, los tomillos y las tuercas, sin embargo para el caso de la bicicleta se evaluará la posibilidad de hacer roscas con una tarraja tanto en el eje como en el agujero para poderlos ensamblar enroscándolos.

¾�Remaches: Son una punta con cabeza y sin rosca que se utiliza para unir dos

o más partes. La punta pasa a través de unos orificios previamente perforados en las partes y después recalca una segunda cabeza en la punta del lado opuesto. El remache es usado ampliamente para obtener una unión permanente, debido a que una vez deformado, no puede removerse a menos que una de las cabezas se rompa.

¾�Ajustes por interferencia: Se basan en la interferencia mecánica de dos partes

coincidentes que se van a unir; la interferencia se puede lograr durante el ensamble o después de que se unen. A continuación se examinan tres métodos de ajuste por interferencia:

♦ Ajuste con prensa: Se da cuándo un eje se introduce gracias a la ayuda de una

prensa en un agujero de diámetro ligeramente menor. ♦ Ajustes por contracción y expansión: El caso típico es cuando la parte externa

del ajuste se calienta para agrandarla mediante la expansión térmica y la parte interna se enfría o se mantiene a temperatura ambiente para contraer su tamaño. Posteriormente se ensamblan las partes y se llevan nuevamente a temperatura ambiente para formar un sólido ajuste por interferencia.

♦ Ajustes de agarre automático: Implica la unión de dos partes, en donde los

elementos que coinciden presentan una interferencia temporal mientras se oprimen juntos, pero una vez que se ensamblan se entrelazan para conservar el ensamble. Por lo general, las partes se diseñan para que solo exista una pequeña interferencia después del ensamble.

2) Soldadura: Es un proceso de unión de materiales en el cual se funden las

superficies de contacto de dos o más partes mediante la aplicación conveniente de calor, presión o ambas. Aunque existe una gran variedad de tipos de soldadura, para el ensamble de la bicicleta se proponen los siguientes tres métodos:

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¾�Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (gas metal arc welding, GMAW): Es un proceso en el cuál el electrodo es un alambre metálico desnudo consumible y la protección se brinda inundando el arco eléctrico con un gas. El metal desnudo se alimenta en forma continua y automática desde una bobina a través de la pistola de soldadura. Los diferentes metales en los que se usa la soldadura GMAW y las variaciones del proceso han dado origen a diversos nombres, como el proceso MIG (metal inert gas), en donde se usa argón (gas inerte) como protección para el arco eléctrico y es ampliamente utilizado en la soldadura de aluminio.

¾�Soldadura Fuerte: Es un proceso de unión en el cual se funde un metal de

aporte y se distribuye mediante acción capilar entre las superficies empalmantes de las partes metálicas que se van a unir. En este tipo de soldadura no ocurre la fusión de los metales base, solo se derrite el metal de aporte. En este proceso, el metal de aporte tiene una temperatura de fusión superior a los 450° C.

¾�Soldadura blanda: Es muy similar a la soldadura fuerte, ya que también se

funde un metal de aporte que se distribuye mediante acción capilar entre las superficies empalmantes. No ocurre la fusión de los metales base. La principal diferencia operativa con la soldadura fuerte es que el metal de aporte tiene un punto de fusión que no excede los 250°C.

3) Unión adhesiva anaeróbica: Es un proceso de unión en el cuál se usa un

material de relleno para mantener juntas dos o más partes muy cercanas, mediante la fijación de la superficie. Los adhesivos anaerobios están basados en acrílico termofijo de componente único, el cual se vulcaniza o cura mediante un mecanismo de radicales libres a temperatura ambiente. Aunque existen muchas clases de pegantes anaerobios para unir piezas metálicas, el autor ha decidido tomar el pegante LOCTITE 620, como el que más se aproxima a las necesidades de la fabrica de bicicletas, debido a que permite tolerancias relativamente grandes (máximo 0.4 mm) y tiene una resistencia al corte teórica bastante interesante (aproximadamente 3800 psi).

2.5 CRITERIOS DE SELECCIÓN: a) Costo

• Inversión Inicial: Cuánto hay que invertir inicialmente para llevar a cabo la solución propuesta.

• Costos de operación: Costos adicionales que genere el proceso, por ejemplo si hay que incurrir en costos de maquinado de las piezas, mano de obra que se requiere.

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b) Automatización: Qué tan automatizable puede llegar a ser la solución

propuesta. c) Calidad del ajuste: Que tan bien ajustadas quedarán las piezas (Se debe medir

en números de ciclos que resiste el ajuste o en tiempo y cantidad de fuerza que puedan resistir).

d) Rapidez de Ensamblaje: Cuánto tiempo toma ensamblar todo un marco con la

técnica propuesta. e) Resultado estético: Cómo queda el acabado final y la presentación del

producto después de hacer el ensamble con la solución propuesta. 2.5.1 Asignación del peso de cada criterio La asignación del peso que le corresponde a cada criterio se hará a través del método de comparación por pares, en donde los criterios identificados se evalúan entre sí, todos contra todos, por pares. Para cada par de criterios se escoge un ganador y un perdedor, asignándole a cada uno un número de puntos y al final se cuenta el número de puntos que cada criterio ganó y se divide sobre el número total de puntos que se realizaron.2 A continuación se presentan los resultados. Tabla 1. Selección del peso de los criterios para el sistema de ajuste.

CRITERIOS COMPARACIÓN GANADOR Inversión Inicial 1. Vs. Costos de

Operación (3:7) 2. Vs. Automatización

(2:8) 3. Vs. Calidad del

Ajuste (1:9) 4. Vs. Rapidez de

Ensamblaje. (6:4) 5. Vs. Estética (7:3)

Costos de operación Automatización Calidad del Ajuste Inversión Inicial Inversión inicial

Costos de Operación 1. Vs. Automatización (3:7)

Automatización

2 KRICK V., Edward. Fundamentos de ingeniería: métodos, conceptos y resultados. 1° Ed. Easton, Pensilvania: Ed. Limusa, 1979.

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2. Vs. Calidad del Ajuste (4:6)

3. Vs. Rapidez de Ensamblaje. (7:3)

4. Vs. Estética (7:3)

Calidad del ajuste Costos de operación Costos de operación

Automatización 1. Vs. Calidad del Ajuste (5:5)

2. Vs. Rapidez de Ensamblaje. (8:2)

3. Vs. Estética (8:2)

Empate Automatización Automatización

Calidad del Ajuste 1. Vs. Rapidez de Ensamblaje. (8:2)

2. Vs. Estética (8:2)

Calidad del ajuste Calidad del ajuste.

Rapidez de Ensamblaje 1. Vs. Estética (4:6)

Estética

CRITERIO # PUNTOS PESO RELATIVO Inversión Inicial 19 12.6% Costos de operación 28 18.6% Automatización 36 24% Calidad del Ajuste 36 24% Rapidez del Ensamblaje 15 10% Resultado estético 16 10.6%

Total 150 100% Individualmente los criterios de selección que tienen más peso, como era de esperarse son la calidad del ajuste y que la solución sea fácilmente automatizable, ya que ambos tienen 24% de peso relativo. Si se suman los criterios de inversión inicial y costos de operación, el criterio llamado Costos sería el que mayor importancia tendría a la hora de seleccionar una solución (31.2%), esto se puede justificar debido a que de nada sirve una propuesta que no sea económicamente viable. La rapidez de ensamblaje es el criterio que menor importancia tiene ya que la empresa de bicicletas plegables inicialmente no necesita un gran volumen de producción, además este criterio va directamente relacionado con la automatización puesto que entre más automatizable sea la solución propuesta más rápido será el ensamblaje. El resultado estético, aunque no es vital si tiene

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un porcentaje relevante, ya que es una importante ventaja competitiva que tendría la empresa en el mercado, para atraer nuevos clientes. 2.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS SOLUCIONES PROPUESTAS Para poder evaluar las soluciones propuestas es necesario conocer sus principales ventajas y desventajas, ante los criterios propuestos. A continuación se presenta una tabla con dicha información: Tabla 2. Ventajas y desventajas de las soluciones propuestas para el sistema de ajuste.

Solución Propuesta Ventajas Desventajas

EN

SA

MB

LE M

EC

ÁN

ICO

Ajuste Roscado � Fáciles de utilizar, reducen los costos de operación, pues no se necesita personal muy capacitado. � Económicos, si se aplican sujetadores externos cómo tornillos y tuercas. � Se pueden desensamblar fácilmente. � Altamente estandarizados. � Buen resultado estético si se hace la rosca en el eje y en el agujero en vez de usar sujetadores externos. � Alta transmisión de torque

� Muy difícil de automatizar. � Si se hace la rosca tanto en el agujero como en el eje, se incurre en altos costos de maquinado. � Mal resultado estético si se usan sujetadores externos. � Los sujetadores externos generan concentradores de esfuerzos. � Se averían fácilmente si se excede su resistencia de tensión. � Con el tiempo y la vibración, van cediendo hasta generar juegos importantes en la estructura, por lo que la calidad del ajuste no es muy buena a mediano plazo. � Distribución no uniforme de masa

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Remache � Altas velocidades de producción. (Se puede automatizar fácil- mente). � Simplicidad de operación. � Confiabilidad. � Bajo costo (tanto de inversión inicial como de operación). � Altamente estanda- rizados. � Alta transmisión de torque.

� Su resultado estético no es el mejor. � Generan concentración de esfuerzos en donde son aplicados y a corto plazo, generan juegos impor- tantes en la estructura debido a la vibración. � No resisten altas cargas. � Distribución no uniforme de masa.

Ajuste con prensa � Muy buen resultado estético. � Baja inversión inicial. � Distribución balan- ceada de masa a altas velocidades.

� Altos costos de operación debido a la necesidad de obtener tolerancias muy estrechas. � No hay buena transferencia de torque. � La interferencia crea fuerzas en los componentes que pueden generar fallas, particularmente cuando se combinan con fuerzas operacionales. � En el mejor de los casos solo el 30% de la superficie de los materiales hace contacto en el ajuste, lo que genera micro- movimientos al interior del ensamble que termina por dañarlo. � Difícil de automatizar.

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Ajuste por contracción y expansión

� Muy buen resultado estético. � Distribución balan- ceada de masa a altas velocidades. � Soporta cargas medianas.

� Difícil de automatizar. � Bajas velocidades de producción. � Altos costos de operación y de inversión inicial a la maquinaria necesaria y al alto consumo energético, para lograr las temperaturas adecuadas. � Altos costos de operación debido a que las tolerancias requeridas deben ser muy estrechas. � Baja transmisión de torque. � No se adhieren el 100% de las superficies en contacto, por lo que se generan micromovimentos que producen corrosión en el ensamble,

Agarre automático � Altas velocidades de producción. � Fácilmente automa- tizable. � Las partes pueden diseñarse con características de autoalineación. � No se requieren herramientas espe-ciales.

� Baja transmisión de torque. � Altos costos de maquinado de las piezas. � No resisten altas cargas a flexión. � La vibración puede generar juegos importantes en el ajuste.

SO

LDA

DU

RA

GMAW � Unión muy fuerte, resiste altos esfuerzos en tensión, flexión, torsión y fatiga. � En términos de costos de materiales, resulta económica, para producciones altas. � Se presta para ser automatizada. � No es necesario remover escoria, dado que no se usa un fundente. � Altas velocidades de deposición. � Buena versatilidad.

� El gas inerte puede resultar costoso para producciones medianas o bajas. � Se requieren operario especializados, lo que aumenta los costos de operación. � Aunque el cordón de soldadura resultante es “limpio” y no necesita ser descascarado, el resultado estético no es el mejor. � Esta solución no le representa ventajas competitivas a PLEGO BIKES frente a la industria bicicletera nacional, pues este es el método tradicional de ensamble.

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Soldadura fuerte � Puede unir cualquier metal, inclusive los que son distintos. � Permite altas velocidades de los ciclos y ser automatizada. � En general se requiere menos calor y energía que en la soldadura por fusión. � Es posible soldar áreas de unión inaccesibles para muchos procesos de soldadura por fusión.

� La resistencia de la unión, por lo general es menor que una unión por fusión. � Las altas temperaturas de servicio pueden debilitar la unión. � El color del metal en la unión puede no coincidir con el color de las partes metálicas base, lo que produce una desventaja estética. � Se requieren operarios especializados, lo que genera costos de operación superiores. � Aunque consume menos energía que la soldadura por fusión, el consumo sigue siendo alto.

Soldadura blanda � Bajo ingreso de energía en comparación con la soldadura fuerte y la de fusión. � Buena conductividad térmica y eléctrica. � Fácil de trabajar y reparar.

� Baja resistencia de la unión a tensiones a menos que se refuerce a través de medios mecánicos. � Posible debilitamiento o fusión de la unión a temperaturas elevadas. � Se deben desengrasar muy bien las superficies previamente, lo que baja la velocidad de producción. � Requiere operarios especializados.

40

UN

IÓN

CO

N A

DH

ES

IVO

Adhesivo anaeróbico

� Aumenta o reemplaza los ensambles mecánicos. � Elimina la corrosión por fricción, ya que no permite micromovi-mientos en el ajuste. � Reduce los requerimientos de tolerancias. � Permite usar mate- riales desiguales. � Distribuye las fuerzas uniformemente. � Reduce los costos de maquinado. � La unión ocurre sobre el área completa de la unión. � El adhesivo es flexible, lo cual le permite tolerar cargas cíclicas y expansión térmica. � A la vez que pega, sella y protege la unión de la humedad.

� No es tan fuerte como la soldadura. � El adhesivo debe ser compatible con los materiales que se van a unir. � Las temperaturas de servicio son limitadas. � La limpieza y preparación de las superficies que van a ser adheridas es muy importante. � Los tiempos de vulcanización o curado, pueden imponer límites sobre las velocidades de producción. � La inspección de la unión adherida es difícil de realizar.

Por otro lado, la siguiente figura, nos muestra los costos relativos de producción de algunas de las propuestas planteadas anteriormente3 Figura 2. Costos relativos de producción de algunos sistemas de ajuste

3 LOCTITE WorldWide Design Handbook. RETAINING CYLINDRICAL METAL ASSEMBLIES http://www.loctite.co.uk/wwdh/us/i115ch07.htm.

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2.7 SELECCIÓN DE LA MEJOR SOLUCIÓN Una vez examinadas las respectivas ventajas y desventajas de cada solución se procede a escoger la mejor solución, evaluándolas frente a cada criterio de selección. La metodología para escoger la mejor solución es la siguiente: se toma una de las alternativas como base y se le pone una calificación de cero frente a cada criterio y las demás alternativas se califican con respecto a la alternativa base, poniéndoles una calificación de –2 si es mucho peor que la base en ese criterio, -1 si es peor, 0 si es igual, 1 si es mejor y 2 si es mucho mejor. Una vez se tiene esa calificación, se multiplica por el peso del respectivo criterio y se tiene una nota parcial de la alternativa. Al final se suman todas las notas parciales de la solución y se saca la nota total. La mejor alternativa para solucionar el problema será la que mayor nota total obtenga. Tabla 3. Selección de la mejor solución.

Inv. Inicial

C. Oper. Automatizac. Calidad Rapidez Estética Nota total

12.6% 18.6% 24% 24% 10% 10.6% Puntos 0 0 0 0 0 0 Rosca Nota 0 0 0 0 0 0 0 Puntos 0 1 1 -1 1 -2 Remache Nota 0 0.186 0.24 -0.24 0.1 -0.212 0.074 Puntos -1 1 0 0 1 0 Por prensa Nota -0.126 0.186 0 0 0.1 0 0.16 Puntos -2 -1 0 1 -1 0 Expansión Nota -0.252 -0.186 0 0.24 -0.1 0 -0.298 Puntos 0 -1 2 1 2 0 Agarre

autom. Nota 0 -0.186 0.48 0.24 0.2 0 .734 Puntos -1 0 1 2 1 -2 GMAW Nota -0.126 0 0.24 0.48 0.1 0.212 0.906 Puntos -1 0 1 1 1 -2 S. Fuerte Nota -0.126 0 0.24 0.24 0.1 0.212 0.666 Puntos -1 1 1 1 1 -2 S. Blanda Nota -0.126 0.186 0.24 0.24 0.1 0.212 0.852 Puntos 2 1 2 1 1 0 Adhesivo Nota 0.252 0.186 0.48 0.24 0.1 0 1.258

* En el sistema de ajuste por rosca, se evalúa el sistema de hacer roscas tanto en el eje como en el agujero y no se evalúa el método de sujetadores externos. En conclusión se obtiene que la mejor alternativa es la unión por adhesivo anaeróbico; sin embargo se requiere validar esta selección a través de pruebas en el laboratorio que corroboren los datos suministrados por el fabricante del pegante, para poder afirmar que la solución si es lo suficientemente buena.

42

2.8 PRUEBAS DE LA UNIÓN CON ADHESIVO ANAERÓBICO Para comprobar los datos suministrados por el fabricante sobre la resistencia a esfuerzos del pegante LOCTITE 620, se procede a realizar pruebas de compresión, flexión, torsión y fatiga en flexión en los laboratorios de la universidad. Lo primero que se hizo fue calcular los resultados teóricos de las fuerzas que debería soportar el pegante con los datos entregados por el fabricante. 2.8.1 Esfuerzos máximos teóricos que soporta el pegante ¾�Esfuerzo cortante

AF

max =τ donde 182.1)20()972.28( ⋅=⋅⋅=⋅⋅= mmmmldA ππ 0-3 m2

Suponemos que

Mpamm

Kgaxialmax 15150 2 === ττ

η = factor de Seguridad = 3

AFmax =

ητ de donde F =9100 N

¾�Esfuerzo de Torsión:

AF

max =σ dónde 182.1)20()972.28( ⋅=⋅⋅=⋅⋅= mmmmldA ππ 0-3 m2

Por los datos proporcionados por el fabricante:

MPamm

Kgtorsionalmax 12120

2=== σσ

η = factor de Seguridad = 3

AFmax =

ητ de donde F =7280 N

43

Entonces el torque máximo que se puede aplicar es:

mNmNd

F ⋅=⋅∗=∗=−

03.1062

1013.297280

2

3

τ

¾�Flexión Según los datos proporcionados por el fabricante:

MPantocizallamiemax 15== σσ

entonces:

mNMPa

MdM MDespejando

ntocizallamie ⋅=⋅⋅⋅= →⋅⋅=

−

4.3632

)1013.29(1532 33

3

ππ

σ

Para hallar la fuerza que se debe aplicar en esta prueba, despejamos F de la siguiente ecuación, sabiendo que las probetas van a estar sujetas a 3 cm de distancia del punto donde se aplica la fuerza:

NmmN

dM

FdFM FDespejando 3.12131034.36

2 =⋅

⋅== →⋅= −

2.8.2 Resultados experimentales de las pruebas Para realizar las pruebas en los laboratorios se diseñaron 36 probetas (9 para cada ensayo), lo más cercanas posibles a lo que sería un ensamble en la bicicleta; se unió un tubo comercial de aluminio de 31.75 mm de diámetro exterior y espesor de pared de 1.31 mm de 5 cm de longitud con un tubo de acero con un diámetro exterior lo más cercano posible a 29.13 mm para reducir la tolerancia al mínimo, también de 5 cm de longitud. Las probetas se hicieron introduciendo una región del tubo de acero de 2 cm de longitud untada con pegante, en el tubo de aluminio (Ver figuras 1 y 2). Es necesario recalcar en este punto que aunque se intentó disminuir al máximo la tolerancia entre ambas partes de la probeta, al tratarse de tubos comerciales, no se tenían circunferencias perfectas, sino por el contrario óvalos irregulares, que no permitían estrechar aún más dicha tolerancia, lo cual puede reducir notoriamente la capacidad del pegante de soportar cargas.

44

Figura 3. Dibujo sólido de la probeta ensamblada Figura 4. Esquema acotado de la probeta ensamblada

Tubo de aluminio

Tubo de acero

Región con pegante

45

¾�Prueba de compresión A continuación se muestran los resultados de la prueba de compresión a la que fueron sometidas nueve de las probetas que fueron descritas anteriormente. Para realizar este ensayo se utilizó la máquina INSTRON del CITEC a una velocidad de carga de 1.3mm/min, con la que se le aplicaba una fuerza creciente a la probeta hasta que el pegante fallara. Figura 5. Montaje de la prueba de compresión Tabla 4. Resultados de la prueba.

Probeta Fuerza máxima Diámetro eje Diámetro agujero Juego 3 0.552 28.7 29.3 0.6 9 1.187 28.8 29.3 0.5 8 1.787 28.9 29.3 0.4 4 1.9 28.9 29.3 0.4 5 2.998 28.9 29.3 0.4 1 3.3 28.9 29.3 0.4 6 3.548 28.7 29.2 0.4 2 3.763 28.9 29.2 0.3 7 5.821 28.9 29.1 0.2

Promedio 2.761777778 Desv. Std 1.596120749

Desv Prom 0.53204025

F

46

Tabla 5. Histograma de la prueba

Clase Frecuencia 0.552 1

2.30833333 3 4.06466667 4 y mayor... 1

Figura 6. Histograma de la prueba.

Figura 7. Relación Tolerancia – Carga máxima:

��Resultados de la prueba: Es evidente una relación inversamente proporcional

entre la tolerancia (o el juego) que haya entre el eje y el agujero y la carga máxima soportado por la probeta. Se puede observar que para tolerancias menores a 0.4 mm los resultados son muy satisfactorios, pues la carga soportada supera los 3.5 KN, que si bien no es lo que se esperaba en los resultados teóricos, es más que suficiente para soportar un ciclista de más de 100 Kg. Para tolerancias de 0.4 mm no es confiable el pegante, debido a que la

CARGA MAXIMA CONTRA TOLERANCIA

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Tolerancia [mm]

Car

ga [K

N]

CARGA MAXIMA CONTRA TOLERANCIA

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Tolerancia [mm]

Car

ga [K

N]

47

carga soportada es muy variable, esto se puede explicar ya que esta es la tolerancia máxima que, según el fabricante, puede rellenar el pegante. Para tolerancias mayores a 0.4 mm la carga soportada se reduce drásticamente, poniendo en riesgo la seguridad de un ciclista incluso de 50 Kg. Para tolerancias de 0.2 mm y menores, la carga soportada se aproxima bastante a los resultados teóricos.

Como conclusión, se puede decir que para que la fábrica de bicicletas pueda obtener un producto confiable ante cargas de compresión, debe mantener los juegos entre ejes y agujeros, menores a 0.2 mm. ¾�Prueba de flexión en tres puntos La prueba se realizó a nueve probetas en la máquina INSTRON del laboratorio CITEC con la cuál se aplicó una velocidad de carga de 1mm/min. Figura 8. Montaje de la prueba de flexión en tres puntos. ��Resultados: En todas las probetas que se probaron, fallaron los tubos de

aluminio, debido a que cuando la fuerza aplicada era de aproximadamente 6.5 KN se aplastaban antes de que el pegante se rompiera. Esto significa que el pegante es sumamente confiable a esfuerzos de flexión estática, pues siempre falla el metal antes que el adhesivo.

¾�Prueba de torsión: Se midieron los torques máximos que soportaba el pegante en nueve probetas, a través de un torquímetro y de un montaje especial para adaptar el torquímetro a la probeta en uno de sus extremos. El otro extremo se mantuvo fijo en una prensa

F

1 cm

1 cm

3 cm

3 cm

48

para que no girara. Para hallar la fuerza máxima que resiste cada probeta se toma el torque al cual se revienta el pegante y se divide sobre el radio de la probeta, que es aproximadamente 14.5 mm ó 0.0145 m. Figura 9. Montaje de la prueba de torsión Tabla 6. Resultados de la prueba.

Probeta Torque máximo (N*m) Diámetro eje (mm)

Diámetro agujero (mm)

Juego

8 12 28.74 29.12 0.38 6 15 28.74 29.1 0.36 1 20 28.9 29.26 0.36 7 25 28.9 29.2 0.3 3 35 28.88 29.16 0.28 4 35 28.82 29.12 0.3 5 40 28.82 29.08 0.26 2 50 28.98 29.1 0.12 9 55 28.98 29.14 0.16

Desv Prom 5.023402025 Desv Std 15.07020607 Promedio 31.88888889

Tabla 7. Histograma de la prueba.

Clase Frecuencia 12 1

26.3333333 3

Dispositivo para adaptar el torquímetro

Prensa

Torquímetro

F

49

40.6666667 3 y mayor... 2

Figura 10. Histograma de la prueba.

Figura 11. Relación tolerancia – torque máximo

��Resultados de la prueba: Resulta evidente, al igual que en la prueba de

compresión, que existe una relación inversamente proporcional entre el juego que tienen el eje y el agujero de la probeta y el torque máximo que resisten; en este caso para lograr una resistencia al torque apropiada para el uso al que va a ser sometida la bicicleta se debe lograr una tolerancia menor a 0.2 mm, pues de esta manera se logra una resistencia al corte superior a los 40 N*m, que equivale a una fuerza superior a los 2758 N. Por el contrario, cuando existe un juego superior a los 0.3 mm los resultados son bastante deficientes y poco confiables, debido a que el torque máximo resistido desciende a los 20 N*m que es equivalente a 1380N, lo cual está muy alejado de los resultados

Histograma

0

2

4

12 26.33333333 40.66666667 y mayor...

Clase

Frec

uenc

ia

TORQUE MAXIMO CONTRA TOLERANCIA

0

10

20

30

40

50

60

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

TOLERANCIA [mm]

TOR

QU

E M

AX

[N

*m]

50

teóricos. Todo parece indicar que para tolerancias menores a 0.1 mm, se alcanzarían los valores indicados por el fabricante.

2.8.3 Análisis de elementos finitos

Para obtener un resultado aún más concluyente acerca de si el pegante podría soportar los esfuerzos a los cuales está sujeta la bicicleta, se realizó un modelo de ésta en tres dimensiones utilizando el programa SOLIDWORKS* y luego se sometió a un análisis de esfuerzo lineal estático con la ayuda del programa ALGOR. Una vez en ALGOR se aplicó una fuerza en el sillín de -1500 N en el eje Y, y una fuerza en el manubrio de –1000 N en el eje Y, para simular los esfuerzos que le aplicaría un ciclista de un poco más de 100 Kg. Se restringieron las translaciones en los ejes Y y Z y las rotaciones en los ejes X y Y, permitiéndose así solo la rotación en el eje Z y la translación en el eje X. Los resultados del análisis de elementos finitos fueron: ¾�Desplazamiento del marco

Figura 12. Modelo desplazado (verde) y no desplazado del marco de la bicicleta, plano XY.

* El modelo en tres dimensiones se realizó con la ayuda de Yina Marcela González, estudiante de Ingeniería Industrial de la Universidad Javeriana.

51

Figura 13. Modelo desplazado y no desplazado (Vista 2).

Como se puede observar a partir de la simulación, la bicicleta no sufre una gran deformación al aplicar las cargas descritas anteriormente, puesto que el modelo deformado que aparece en verde en las dos figuras anteriores, está en una escala exagerada, debido a que ALGOR magnifica la escala para que se puedan apreciar los cambios y las deformaciones. El resultado de la deformación, es entonces, bastante satisfactorio pues entre menos se deforme el modelo mucho mejor ya que más fácil será la recuperación del material y mayor será el confort para el usuario. ¾�Análisis bajo condiciones de carga multiaxial

Aunque la descripción del comportamiento de un material bajo cargas de tensión o uniaxiales son convenientes para darse una idea del comportamiento del material ante la ausencia de cargas más complejas (en varios ejes), en la vida práctica es de esperar que la gran mayoría de estructuras y materiales estén sujetos a una combinación de esfuerzos internos y externos, como por ejemplo los de tensión y los cortantes. Para analizar el comportamiento de un material o de una estructura ante esfuerzos multiaxiales, se cuenta con los criterios de Tresca y de Von Mises, que nos indican a partir de qué esfuerzo empieza a existir una deformación permanente en la estructura. En general el criterio de Tresca es más conservador pero también más inexacto que el de Von Mises y se usa cuando se quiere diseñar con un cierto margen de seguridad o cuando su simplicidad matemática lo hace ser el más conveniente*. A continuación se presentan los resultados que arrojó ALGOR al efectuar los criterios de Tresca y de Von Mises.

* COURTNEY Thomas H, “Mechanical Behavior of Materials”. 2° Ed. Pp 17-19. Mc GrawHill. 2000.

52

• Criterio de Tresca: Figura 14. Criterio de Tresca

Como era de esperarse éste modelo muestra que las zonas críticas, son en general aquellas en donde hay uniones de tubos, es decir en donde van las piezas de empate y en donde actúa el pegante, siendo específicamente crítica la zona de la caja de pliegue. Sin embargo se puede apreciar que las zonas más críticas, tienen color azul claro por lo tanto según el criterio de Tresca las zonas más afectadas están sometidas a esfuerzos de aproximadamente 80 Mpa*. Para ver si el pegante soporta estos esfuerzos, es necesario devolvernos a las pruebas realizadas y hallar el σcizallamiento a partir del experimento de flexión en tres puntos. Como el lector podrá recordar, en la prueba de flexión de tres puntos el aluminio falló primero que el pegante, debido a que sufría una deformación permanente a partir de una fuerza de 6.5 KN. Utilizando esta fuerza, como la máxima fuerza que podría soportar el material antes de sufrir una deformación permanente se puede hallar el σcizallamiento de la siguiente forma:

mNmKNMdMKNF *195)10*3(*5.6/5.6 2 ==→== −

MPam

mNdM

ntocizallamie 355.80)10*13.29(*

)*195(*32**32

33 === −ππσ

* Las zonas amarillas que aparecen en la gráfica, representan la carga que se le aplicó al modelo y no corresponden a un valor en la escala de Tresca.

53

Por lo tanto se puede concluir que el pegante LOCTITE 620 es capaz de soportar los esfuerzos multiaxiales generados por una carga de 1500 N, según el criterio de Tresca que es el más conservador de todos. Sin embargo es importante notar que el margen de seguridad es muy pequeño, puesto que teóricamente los esfuerzos que se tiene que soportar son de 80 MPa y los que en realidad soporta el material son de 80.355 MPa. Sería altamente recomendable, según el criterio de Tresca, usar un material menos dúctil que el aluminio 1100 en la fabricación del marco. • Criterio de Von Mises A continuación se muestran tres vistas diferentes del marco de la bicicleta al aplicarle el criterio de Von Mises, para poder detallar más fácilmente las zonas críticas del modelo. Figura 15. Criterio de Von Mises (Vista 1).

Figura 16. Criterio de Von Mises (Vista 2)

54

Figura 17. Criterio de Von Mises (Vista 3)

Como era de esperarse las zonas críticas son las mismas que en el criterio de Tresca, siendo muy notorios los esfuerzos en la zona de la caja de pliegue. Es importante recalcar que el criterio de Von Mises es más preciso y menos conservador que el de Tresca, por lo tanto pronostica mejor la situación real que se presentaría. Según este criterio el pegante y el material (Aluminio 1100) soportarían bien los esfuerzos multiaxiales provocados por una carga de 1500 N y esta vez lo harían con un margen de seguridad un poco mayor que en el caso del criterio de Tresca, porque según Von Mises el esfuerzo máximo que soportará la estructura es de 73.9 MPa y como ya se había visto el aluminio y el pegante soportan hasta 80.355 MPa.

55

3. ESTUDIO DEL ENSAMBLAJE DEL MARCO PARA SU AUTOMATIZACIÓN

Para pensar en hacer un proceso automático de ensamblaje de marcos de bicicletas se deben tener en cuenta otros procesos que resultan vitales y que influyen directamente a la hora de armar la bicicleta, como por ejemplo el cortado de los tubos a la longitud requerida y la dosificación del pegante. Además resulta práctico a la hora de diseñar, dividir el proceso de “ensamblaje del marco” en subprocesos como “Abastecimiento de piezas y tubos”, “manipulación de las partes”, “inserción de los elementos” etc. El objetivo de este capítulo es mirar el proceso de fabricación de un marco de una bicicleta en su totalidad, dividiendo estratégicamente los procesos que esto requiere y planteando alternativas para llevar a cabo dichos procesos, para finalmente lograr proponer la mejor solución integral al problema global. Figura 18. Diagrama de bloques del proceso de ensamblaje en general. A continuación se hará una descripción más detallada de cada proceso expuesto en el diagrama de bloques anterior.

CORTE DE TUBOS

DOSIFICACIÓN DE PEGANTE SOBRE LAS PIEZAS DE EMPATE

ENSAMBLAJE DE LAS PIEZAS

Tubos de Aluminio de

6m de longitud

Piezas de Empate

Marco Ensamblado

56

3.1 PROCESO DE CORTE DE TUBOS A la fabrica de bicicletas PLEGO BIKES, el proveedor de tubos de aluminio le entrega tubos de 6 metros de longitud y de 4 diámetros diferentes, ya que en el marco se utilizan tubos 1”, 1� “, '” y !”. Los tubos de 1�” deben ir cortados en pedazos de 32 cm y 24 cm, los tubos de 1 “ deben ir cortados en pedazos de 20 cm y 14 cm, los tubos de '” se deben cortar en pedazos de 33 cm y los tubos de !” deben ir cortados en pedazos de 22 cm. Para los tubos de 1” y de 1�” es importante optimizar el número de pedazos que se cortan de cada una de las longitudes requeridas para de esta forma minimizar el desperdicio. Aunque lo más deseable en este caso sería obtener un desperdicio nulo, también es importante tener en cuenta obtener de cada tubo, una cantidad similar de pedazos de cada una de las longitudes, porque de nada serviría sacar de un tubo de 6 metros, 25 pedazos de tubos de 24 cm así se logre un desperdicio nulo. A continuación se muestran las combinaciones que optimizan el corte de los tubos: ¾�Tubos de 1”: ��Para lograr desperdicio cero, se debe cortar el siguiente número de pedazos

de cada longitud en cada tubo: Tabla 8. Combinaciones de cortes para lograr cero desperdicio en tubos de 1”.

Numero de pedazos de cada longitud 20 cm 30 2 16 23 9 14 cm 0 40 20 10 30

��Para tener un pequeño desperdicio, haciendo que el número de pedazos que

se corten de cada longitud sea similar en cada tubo se deben cortar las siguientes combinaciones de pedazos:

Tabla 9. Combinaciones de cortes para obtener un número similar de pedazos de cada longitud en un tubo de 1”.

Número de pedazos a cortar 20 cm 17 18 17 15 14 cm 17 17 18 21

Desperdicio 22 cm 2 cm 8 cm 6 cm Por lo tanto para optimizar el corte, es decir minimizar el desperdicio y lograr un número igual de pedazos de 20 cm y de 14 cm, se deben cortar 4 tubos en 18

57

pedazos de 20 cm y 17 pedazos de 14 cm y se debe cortar un quinto tubo en 16 pedazos de 20 cm y 20 pedazos de 14cm, para de esta forma tener 88 pedazos de cada longitud, únicamente desperdiciando 8cm de tubo por cada treinta metros cortados.

¾�Tubos de 1�”: ��Para lograr desperdicio cero, se debe cortar el siguiente número de pedazos

de cada longitud: Tabla 10. Combinaciones de cortes para obtener desperdicio cero en un tubo de 1�”.

Número de pedazos a cortar 32 cm 18 0 9 12 6 3 15 24 cm 1 25 13 9 17 21 5

��Para obtener un número similar de cortes de cada longitud y tener un

desperdicio pequeño, se deben obtener las siguientes combinaciones: Tabla 11. Combinaciones de cortes para obtener un número similar de pedazos de cada longitud en un tubo de 1�”.

Número de pedazos a cortar 32 cm 10 11 10 9 24 cm 10 10 11 12

Desperdicio 40 cm 8 cm 16 cm 24 cm En este caso se puede optimizar el corte de los tubos de 1�”, al hacer el desperdicio cero y obtener el mismo número de pedazos de cada longitud, cortando 4 tubos en 12 pedazos de 32 cm y 9 pedazos de 24 cm y 3 tubos en 9 pedazos de 32 cm y 13 pedazos de 24 cm, para así tener 75 pedazos de cada longitud. Figura 19. Modelo de caja negra del proceso de corte de tubos

CORTE DE TUBOS

Tubos de 6 m de diámetro exterior de 1”, 1

� “, � ” y � ”.

Pedazos de tubos a la longitud requerida según su diámetro.

58

3.1.1 Formas de llevar a cabo este proceso Aunque existen muchas formas de llevar a cabo este proceso se contemplan a continuación tres de ellas: • Forma manual: Un operario se encarga de recoger el tubo del diámetro que se

requiere, lo monta sobre una mesa inclinada y gradúa el ancho de una guía según el diámetro del tubo. Después de esto gradúa la distancia entre el borde final de la mesa y un tope (distancia x en la figura 20), que va a definir el tamaño de los pedazos que se van a obtener. A continuación el operario inserta el tubo en la guía para que no se mueva a medida que caiga. Una vez ya está en la guía, deja deslizar el tubo (si el tubo no desliza o se atasca el operario deberá ayudar a empujarlo) hasta que toque el tope y lo corta con una segueta. Este proceso se repite hasta que se acabe el tubo.

Figura 20. Vista frontal de la forma manual de llevar a cabo el corte de tubos.

• Forma semiautomática: Un operario es el encargado de recoger el tubo de 6m del diámetro deseado, una vez obtenido el tubo se encarga de graduar manualmente la distancia entre el elemento de corte y un tope (distancia x en la figura 21) que va a definir en últimas, la longitud deseada de los pedazos. Una vez graduado el tope, el operario monta el tubo sobre una especie de mesa inclinada que tiene unos rodillos y un motor para mover unos de estos rodillos para ayudar a deslizar el tubo, en donde gradúa el ancho de una guía (distancia y en la figura 22) según el diámetro del tubo a ser cortado. Cuando tiene el tubo sobre la mesa ajustado por la guía, el tubo cae por gravedad, (ayudado por el motor y los rodillos) hasta que el extremo opuesto del tubo toque el tope antes descrito y cuando esto ocurra el operario debe oprimir un botón que activa la herramienta de corte, esto permite que el pedazo con la longitud requerida caiga sobre una canasta, anteriormente ubicada también por el operario. Una vez el corte haya terminado (hay un sensor de fin de corte), el PLC, detiene la máquina de corte y la devuelve a su posición inicial. El procedimiento se repite hasta agotar el tubo de 6m. En este proceso el operario debe conocer la

x

CONVENCIONES Tope Tubo Canasta Guía

59

secuencia de cortes que debe hacer para optimizar el corte del tubo y debe llevar los registros en una plantilla de control para acordarse cómo le toca cortar el siguiente tubo dependiendo de la cantidad de tubos de ese mismo diámetro que haya cortado anteriormente.

Figura 21. Vista frontal del montaje para llevar a cabo el proceso de corte de tubos en forma semiautomática Figura 22. Vista Superior del montaje para la forma semiautomática

• Forma automática: Requiere de un operario que alimente la máquina con el tubo que se va a cortar en una “mesa” inclinada con rodillos y un motor, igual a la del caso semiautomático. La diferencia radica en que ahora el operario solo oprime un botón con el que le especifica el diámetro del tubo a la máquina y esta sola gradúa el ancho de la guía, deja deslizar el tubo hasta que toque el tope, el cual va a ser un sensor que enciende la máquina de corte. Una vez la máquina ha terminado el corte (hay un sensor de fin de corte), el autómata apaga la máquina corte y la regresa a su posición inicial, gradúa nuevamente la distancia al tope para ajustar la longitud del corte según se ha programado y repite el proceso hasta que se

y

CONVENCIONES Tope Guía Elemento de corte Tubo

CONVENCIONES: Elemento de corte. Tope Canasta Botón de inicio y fin de corte. Rodillos.

x

Este rodillo es movido por un motor.

60

acabe el tubo. El autómata deberá ser capaz de llevar la cuenta de cuántos tubos del mismo diámetro ha cortado para poder cambiar su rutina, toda vez que el proceso de optimización descrito anteriormente lo requiera (Por ejemplo, cada 5° tubo de 1” debe cambiarse la rutina de corte).

Figura 23. Vista frontal del montaje para hacer el corte de los tubos en forma automática: 3.1.2 Criterios de selección de la solución ¾�Costos:

• Inversión Inicial: Cuánto hay que invertir para montar la solución propuesta, incluye costo de los componentes, mano de obra, horas de diseño, etc.

• Costos de Operación: Costos de mantenimiento, sueldo del (de los)

operario(s), energía consumida etc. ¾�Calidad del Corte: Se evalúa la rectitud y el acabado del corte. ¾�Velocidad del corte: Se evalúa el número de cortes que se hagan por unidad

de tiempo. ¾�Seguridad del operario: Cuán expuesto(s) está(n) el (los) operario(s) a sufrir un

accidente laboral, como un corte, una amputación o algo similar.

CONVENCIONES Elemento de corte Tope (sensor) Canasta Tubo Sensor de fin de corte. Rodillos . Botones que indican de qué diámetro es el tubo.

x

Este rodillo es movido por un motor.

61

3.1.3 Determinación del peso de los criterios Usando nuevamente el criterio de comparación por pares, como en el capítulo anterior, se procede a asignarle el peso correspondiente a cada criterio*: Tabla 12. Peso de los criterios para el corte de tubos. CRITERIOS COMPARACIÓN GANADOR Inversión Inicial 6. Vs. Costos de

Operación (5:5) 7. Vs. Calidad del

corte (2:8) 8. Vs. Velocidad de

Corte (6:4) 9. Vs. Seguridad del

Operario. (3:7)

Empate Calidad del corte Velocidad de corte Seguridad del operario

Costos de Operación 4 Vs. Calidad del corte (4:6)

5 Vs. Velocidad de corte (7:3)

3. Vs. Seguridad del operario. (5:5)

Calidad del corte Costos de Operación Empate

Calidad del corte 6 Vs. velocidad del corte (9:1)

7 Vs. Seguridad del operario. (5:5)

Calidad del corte Empate

Velocidad de corte 8 Vs. Seguridad del operario. (1:9)

Seguridad del operario.

CRITERIO # PUNTOS PESO RELATIVO Inversión Inicial 16 16% Costos de operación 21 21% Calidad del corte 28 28% Velocidad del corte 9 9% Seguridad del operario 26 26% Total 100 100%

* Ver la sección 1.5.1 del capitulo 2 para ver detalles acerca del método de comparación por pares.

62

3.1.4 Evaluación de las propuestas: ¾�Forma Manual Costos ��Inversión inicial: La inversión inicial es muy baja, la segueta vale cerca de

20.000 pesos en cualquier ferretería y alcanza para aproximadamente 100 cortes*. La mesa de corte con su respectivo tope y su guía vale aproximadamente 600.000 pesos mandándola a hacer. La capacitación de los operarios para que no sufran accidentes y aprendan a hacer su trabajo bien está avaluada en aproximadamente 200.000 pesos.

��Costos Operacionales: Estos costos son bastante altos, debido a que hay que

tener un operario dedicado exclusivamente a este proceso, cuyo salario es de 309.000 pesos mensuales, además hay que capacitarlo para que no sufra un accidente laboral. Igualmente es importante tener en cuenta que para una producción de 200 bicicletas se deben hacer aproximadamente 2000 cortes, de manera que habría que comprar 20 cuchillas para seguetas cuyo valor es de 10.000 pesos cada una, lo que genera un costo mensual de 200.000 pesos. Es necesario también tener en cuenta que al ser el operario el que lleva la cuenta del número de tubos que ha cortado y la secuencia que debe seguir para optimizar el proceso, se puede incurrir en errores debido a un olvido del operario lo que generaría a su vez desperdicios.

Calidad del corte: El gran talón de Aquiles de esta solución es este criterio, debido a que la precisión de corte que puede dar un ser humano es muy inferior al que puede dar una máquina, debido a que un operario se cansa varias veces durante el corte, lo que genera irregularidades, como rebabas y un ángulo de corte no deseado debido a que el tubo llega con cierto ángulo al punto de corte Velocidad de Corte: Un humano típico tarda entre 1 y 2 minutos cortando un tubo con diámetro externo de 1� pulgada, lo cual es entre 20 y 40 veces más de lo que tarda una máquina. ** Seguridad del operario: El operario que realiza el corte está muy expuesto a sufrir alguna lesión considerable. Aunque el riesgo se puede reducir mediante el uso de guantes especiales, el cansancio, la desconcentración y la terquedad humana pueden hacer que una accidente laboral ocurra muy fácilmente.

* Datos suministrados por FERRICENTROS S.A. ** Pruebas realizadas por el autor, en dónde se le tomó el tiempo que tardaron 5 personas en cortar un tubo de 1 pulgada con 1.2 mm de espesor de la pared.

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¾�Forma Semiautomática: Costos ��Inversión Inicial: La inversión inicial se encuentra en un rango medio. La mesa

vale aproximadamente 1’500.000 pesos como en el caso anterior, además el costo de la herramienta de corte oscila entre 1.5 millones de pesos y 2 millones de pesos. El sensor de tope será un anillo inductivo que cuesta alrededor de US$150. El empleado en este caso no requiere casi capacitación, por lo que su costo se desprecia. Se requiere de un PLC, de un computador personal y de una sencilla interfaz hombre – máquina, cuyo costo compuesto puede ascender a los 6 millones de pesos.*

��Costos operacionales: Se requiere tener un operario de tiempo completo

dedicado a este proceso cuyo costo es de 309.000 pesos mensuales. La cuchilla de la herramienta de corte vale aproximadamente 150.000 pesos y alcanza para cerca de 6000 cortes, por lo que solo habría que reemplazarla cada 3 meses en una producción de 200 bicicletas mensuales. Los costos de energía consumida por la máquina son pequeños por lo que se despreciarán. Al igual que en el caso manual, el operario es el que lleva las cuentas de las rutinas de corte, por lo que se pueden generar excesos de desperdicios.

Calidad del corte: La calidad del corte es óptima. Velocidad de corte: La herramienta es capaz de hacer un corte en un tubo de 1 pulgada en tan solo 2 segundos**. Sin embargo el proceso se vuelve más lento debido a la tardanza del operario en empujar el tubo y oprimir el botón cada vez que se hace un corte. Seguridad del operario: El operario no incurre en riesgos de accidentes debido a que en ningún momento esta en contacto con la sierra y no le corresponde empujar el tubo. ¾�Forma automática Costos ��Inversión inicial: La inversión inicial es mediana-alta. La mesa inclinada con los

rodillos y el motor cuesta alrededor de 1’500.000 pesos*, al igual que en el

* Datos suministrados por AUTOMATION DEPOT. ** Dato suministrado por JMG FERRETERIA LTDA, representante de DeWalt en Colombia.

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caso semiautomático. El sensor de tope, sería un sensor inductivo de anillo cuyo costo es de US$ 150. El sensor de fin de corte puede ser un sensor inductivo de proximidad cuyo costo oscila entre US$38 y US$42. En esta solución no se requiere capacitación del operario. La herramienta de corte es la misma que en el caso semiautomático*. Se requiere además un PLC (con una programación un poco más compleja que en el caso semiautomático), un computador personal y una interfaz operario – máquina un poco más compleja de diseñar que en el caso semiautomático, por lo que se estima que todo esto en conjunto ascienda a los 7 millones de pesos.

��Costos operacionales: Son muy bajos, solo se requiere un operario que

supervise el proceso de vez en cuando y surta la máquina con tubos cuando sea necesario, por lo tanto el operario puede estar pendiente de otros procesos al mismo tiempo. La banda transportadora, los sensores y la herramienta de corte necesitan mantenimiento aproximadamente 2 veces al año, cuyo costo es aproximadamente 500.000 pesos. Las cuchillas se cambian cada tres meses como en el caso anterior y su costo es de 150.000 pesos. El consumo de energía se estima en 100.000 pesos mensuales. Los desperdicios se reducen al mínimo.

Calidad del corte: Es óptima. Velocidad de Corte: la herramienta de corte, como ya se había mencionado dura aproximadamente 2 segundos haciendo un corte, a esto hay que sumarle el tiempo de transporte del tubo que es aproximadamente 2 s. Y los retrasos de los sensores que son despreciables. En total tarda cerca de 4 s por corte, lo cual es suficientemente bueno. Seguridad del operario: Es óptima, el operario nunca corre ningún riesgo durante el proceso. ¾�Matriz de evaluación de la mejor solución El proceso al igual que en la selección del mejor sistema de ajuste, consiste en evaluar las diferentes soluciones propuestas a la luz de los criterios de selección. Para esto se toma una de las soluciones como base y se califica con una nota de cero frente a todos los criterios. Las demás soluciones son calificadas comparándolas con la solución base frente a cada criterio, asignándoles una nota así: 2 (mucho mejor), 1(mejor), 0 (igual), -1(peor), -2 (mucho peor). Al final, la que obtenga un puntaje mayor será la mejor solución. A continuación se muestra el resultado. * Datos suministrados por AUTOMATION DEPOT.

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Tabla 13. Evaluación de la mejor solución para el corte de tubos.

Manual Semiautomática Automática Puntos Nota Puntos Nota Puntos Nota

Inversión Inicial

16% 1 0.16 0 0 -2 -0.32

Costos. Operacional.

21% -1 -0.21 0 0 1 0.21

Calidad del Corte

28% -2 -0.56 0 0 0 0

Velocidad de corte

9% -2 -0.18 0 0 1 0.9

Seguridad 26% -2 -0,52 0 0 1 0.26

Total -1.31 0 1.05 Por lo tanto se puede concluir que la mejor solución para realizar el corte de los tubos es la forma automática. 3.2 PROCESO DE DOSIFICACIÓN DEL PEGANTE Los marcos de las bicicletas van a ser ensamblados con el pegante LOCTITE 620, el cual es costoso** y no se puede desperdiciar aplicando más producto del necesario sobre las uniones o permitiendo un goteo injustificado. Está estimado que un frasco de 50 ml de LOCTITE 620 alcanza para adherir 100 uniones cilíndricas de 1 pulgada de diámetro, que es aproximadamente equivalente a adherir las uniones de 10 bicicletas Los frascos de los productos de fijación de piezas cilíndricas LOCTITE vienen con una punta dosificadora que permite tener un cierto control sobre la cantidad de pegante a aplicar, sin embargo este sistema puede no resultar ser tan eficiente ya que la cantidad de pegante que sale se ve afectada por la cantidad de pegante que haya en el tarro, la presión que aplique la mano del operario, la temperatura y otros factores. Para lograr mayor precisión en la aplicación del producto la empresa LOCTITE ha desarrollado varios sistemas de dosificación que van desde los manuales con válvulas de alta precisión hasta los completamente automáticos, pasando por los semiautomáticos. Para diseñar un sistema de dosificación de pegante es necesario tener en cuenta que el producto que se va a utilizar tiene alta viscosidad (8500 CPs) y el tiempo que requiere para fijar las piezas oscila entre 10 y 15 minutos. * ** Un tarro de 50ml de LOCTITE 620, se encuentra actualmente a 44.800 pesos. * Datos suministrados por el fabricante.

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Es importante anotar que el pegante se va a aplicar sobre una superficie cilíndrica, por lo tanto hay que girar la pieza que va ser unida para que el pegante caiga alrededor y se logre una perfecta adhesión. 3.2.1 Formas de llevar a cabo este proceso Aunque existen innumerables formas de solucionar este problema, se presentan a continuación tres posibles soluciones, que a criterio del autor, resultan muy representativas. • Forma manual con rotación de las piezas: En esta opción el operario toma una

a una todas las piezas de empate a las que haya que aplicarles pegante, las gira sobre su mano y aplica un número predeterminado de gotas alrededor de la pieza con un sistema dosificador manual con válvula de alta precisión de LOCTITE**. (Ver figura 24)

Figura 24. Forma manual con rotación de las piezas para dosificar pegante • Forma manual sin rotación de la pieza: Aunque en el método manual con

rotación de la pieza el tamaño de la gota que se aplica tiene una altísima precisión, se pueden presentar desperdicios debido a la inexactitud debido a errores en el número de gotas aplicadas, o en la distancia entre gotas, pues estos aspectos dependen exclusivamente del operario y pueden desencadenar graves fallas de calidad difíciles de detectar antes de que el producto salga al mercado. Para corregir este factor lo que se propone es inventar un pequeño dispensador conectado a la válvula dosificadora de alta precisión LOCTITE, que tenga forma anular y unos pequeños orificios, localizados a una cierta distancia entre sí, por donde sale el pegante hacia la pieza. Se debe diseñar un anillo de para cada diámetro de tubo. (Ver figura 25).

** Dosificador manual peristáltico Ref. 97001. Ver catalogo internacional de productos LOCTITE.

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Figura 25. Sistema de dosificación de pegante manual sin rotación de las piezas. • Forma automática: Consiste en tener cinco dispensadores mecánicos de

piezas que funcionen por gravedad, en donde al ser retirada una pieza, caiga la siguiente. Estos dispensadores deben ser diseñados de tal forma que cada pieza caiga en una posición conocida lo cual se debe lograr jugando con la geometría del dispensador.

Una vez están las piezas en la posición conocida se aplicará LOCTITE 620, a cada una de las piezas de empate a través de un dosificador automático de alta precisión LOCTITE*, al cual iría conectado un dispositivo anular, como el descrito anteriormente para asegurar una distribución regular de las gotas en la unión de la pieza. Esta solución tiene la complicación que si una pieza tiene dos o más uniones a las cuales hay que aplicarles pegante, la pieza debe rotar automáticamente mediante un motor que gire el ángulo preciso para localizar la siguiente unión debajo de la válvula dosificadora; sin embargo cada pieza tiene las uniones a diversos ángulos entre sí por lo que el motor debería ser controlado por un PLC para ejecute todas las rutinas dependiendo de la pieza o se podría tener un motor para cada pieza también controlado por un PLC, que ejecute una rutina especifica. Esto aunque se puede hacer sube demasiado los costos de la solución.

* Sistema de dosificación automático de jeringas digital Ref. 97006 en el catálogo internacional de productos LOCTITE.

Vista frontal del dispensador anular

LOCTITE 620 Pieza de

empate Dispensador anular

Válvula Dosificadora de alta precisión.

Vista lateral del montaje completo con el dispositivo anular.

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Figura 26. Forma automática de dosificar el pegante

3.2.2 Criterios de selección de la solución ¾�Costos:

• Inversión Inicial: Cuánto hay que invertir para montar la solución propuesta, incluye costo de los componentes, mano de obra, horas de diseño, etc.

• Costos de Operación: Costos de mantenimiento, sueldo del (de los)

operario(s), energía consumida. No se considera en este criterio el costo generado por un posible desperdicio del pegante.

¾�Precisión en la dosis: Qué tan exacto es el sistema a la hora de aplicar el

pegante, tanto en el flujo de salida (que puede ser en forma de punto, gota o cordón), como en el número de gotas que se aplican por unión, para lograr un mínimo desperdicio.

¾�Velocidad de aplicación: Qué tan rápido se le puede aplicar pegante a toda una

unión. 3.2.3 Determinación del peso de los criterios Usando nuevamente el criterio de comparación por pares, se procede a asignarle el peso correspondiente a cada criterio:

Válvula dosificadora automática

Dispositivo de distribución anular

Pieza de empate en molde que fija su posición

Motor que hace girar el molde para poner la siguiente unión de la pieza debajo de la válvula

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Tabla 14. Peso de los criterios para la dosificación del pegante. CRITERIOS COMPARACIÓN GANADOR Inversión Inicial 1. Vs. Costos de

Operación (5:5) 2. Vs. Precisión en la aplicación (4:6) 3. Vs. Velocidad de aplicación (8:2)

Empate Precisión en la aplicación Velocidad de aplicación

Costos de Operación 1. Vs. Precisión en la aplicación (5:5)

2. Vs. Velocidad de aplicación (7:3)

Empate Costos de Operación

Precisión en la aplicación 4 Vs. Velocidad de aplicación (9:1).

Precisión en la aplicación

CRITERIO # PUNTOS PESO RELATIVO Inversión Inicial 17 28.3% Costos de operación 17 28.3% Precisión de la aplicación 20 33.3% Velocidad de aplicación 6 10% Total 60 100% 3.2.4 Evaluación de las soluciones ¾�Forma manual con rotación de las piezas Costos ��Inversión Inicial: Es realmente baja, solo se necesita comprar un tarro de

LOCTITE 620 de 250 ml, cuyo costo comercial es de 225.000 pesos y la fabrica regala el dosificador manual de alta precisión. Se le debe dar al operario una capacitación pequeña para enseñarle a dosificar el pegante y a aplicar el número de gotas mínimo que se requiera. El costo de esta capacitación es de aproximadamente 100.000 pesos.

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��Costos de Operación: Se necesita un operario que rote las piezas a medida que le va aplicando el pegante. Este operario puede ser el mismo que abastece la máquina de corte con los tubos, por lo tanto su costo en este proceso es de medio salario mínimo, es decir 154,500 pesos al mes.

Precisión de la dosis: La cantidad de pegante que sale del dosificador manual puede ser graduada como uno quiera con una precisión extraordinaria. El problema se da a la hora de distribuir las gotas sobre la superficie de la pieza, pues es muy fácil que el operario se equivoque en el número de gotas que aplica y en la separación entre ellas, lo que más que un costo alto para la empresa puede generar una baja calidad en el producto final. Velocidad de aplicación: Es sumamente rápida y perfectamente comparable e incluso mejor al que podría lograr una máquina. El tiempo estimado es de 5 segundos por unión*. ¾�Forma manual sin rotación de las piezas: Costos ��Inversión Inicial: Es también muy baja, pues solo se necesita comprar un tarro

de LOCTITE 620 de 250 ml, cuyo costo comercial es de 225.000 pesos y la fabrica regala el dosificador manual de alta precisión. El operario no requiere casi de ninguna capacitación por lo que su costo se desprecia. Habría que hacer los cuatro dispensadores anulares (uno para cada diámetro de las piezas), pero su costo de fabricación es muy bajo ya que se hacen con pequeñas mangueras, lo que puede ser un poco costoso es su diseño porque se requiere que haya entrada de oxigeno para que el pegante no se seque, pero que no se presenten fugas de pegante. Se estima (a criterio del autor) que estos dispensadores anulares pueden costar aproximadamente 20.000 pesos cada uno.

��Costos de Operación: Se necesita un operario que le aplique el pegante a las piezas. Este operario puede ser el mismo que abastece la máquina de corte con los tubos, por lo tanto su costo en este proceso es de medio salario mínimo, es decir 154,500 pesos al mes. Teóricamente no habría desperdicios de pegante por lo que los costos operacionales se reducen frente a la solución manual con rotación de piezas, sin embargo se estima que haya que cambiar de dispositivos anulares cada dos meses, lo que genera un costo promedio mensual de 40.000 pesos.

* Tiempo que tardó el autor en promedio, después de hacer 36 uniones.

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Precisión de la dosis: Sería óptima, no habrían desperdicios. Velocidad de aplicación: Bastante rápido ya que no hay que girar la pieza, se estima un tiempo por aplicación aproximado de 3 segundos por unión. ¾�Forma automática: Costos ��Inversión Inicial: Sería costosa. El dispensador automático de LOCTITE cuesta

2500 dólares. Los motores eléctricos necesarios tienen un costo aproximado de 200 dólares, el PLC cuesta entre 800 y 1200 dólares para este tipo de aplicación*, además se necesitaría un computador personal que cuesta aproximadamente 1 millón de pesos y una interfaz con el usuario cuyo costo de desarrollo es de aproximadamente 400.000 pesos**.

��Costos operacionales: El mantenimiento y calibración de los motores, el PLC y

el computador se debe hacer cada tres meses y su costo se estima en 500.000 pesos.

Precisión de la aplicación: La precisión es óptima. Velocidad de aplicación: Aproximadamente 7 segundos. ¾�Matriz de evaluación de la mejor solución Siguiendo nuevamente el procedimiento descrito en la parte de corte de los tubos se obtiene: Tabla 15. Evaluación de la mejor solución para la dosificación de pegante.

Manual C.R Manual S. R Automática Puntos Nota Puntos Nota Puntos Nota

Inversión Inicial

28.3% 0 0 0 0 -2 -0.566

Costos. Operacional.

28.3% 0 0 1 0.283 -2 -0.566

Precisión 33.3% 0 0 2 0.666 2 0.333 Velocidad 10% 0 0 1 0.1 0 0

Total 0 1.049 -0.799 * Datos suministrados por SIEMENS de Colombia. ** Costo estimado por Jorge Alexander Duitama, estudiante de Ingeniería de Sistemas de la Universidad de los Andes.

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En conclusión, la mejor solución para dosificar el pegante a la luz de los criterios de selección propuestos, es la forma manual de dosificación sin rotación de las piezas. 3.3 PROCESO DE ENSAMBLE DE LAS PARTES El proceso de ensamblaje de las partes se subdivide básicamente en tres subprocesos, como se puede observar en el siguiente diagrama de bloques: Figura 27. Diagrama de bloques del proceso de ensamblaje de las partes 3.3.1 Subproceso de abastecimiento de partes: Este subproceso debe cumplir la tarea de que al tener como entradas las diferentes piezas de empate y los diferentes tubos, ya cortados a la longitud deseada, pueda entregar las piezas en una posición conocida y en una secuencia conocida al bloque de manipulación de las partes. Figura 28. Modelo de caja negra del subproceso de abastecimiento de partes. ¾�Formas de llevar a cabo este proceso Para afrontar este problema se evaluarán tres posibles soluciones, que en principio resuelven el problema, de una manera mas o menos simple y a un precio razonable, como se verá más adelante. • Dispensador mecánico de piezas múltiples: Este sistema consiste en una tolva

en donde el operario deposita todas las piezas y los tubos en un orden determinado. Posteriormente las partes van cayendo de una en una por acción

ABASTECIMIENTO DE PARTES

MANIPULACIÓN DE LAS PARTES

INSERCIÓN DE LAS PARTES

Piezas de empate untadas con el pegante y tubos cortados a longitud deseada

SOLUCION BUSCADA DE

ABASTECIMIENTO DE PARTES

Piezas y tubos en una posición y en una secuencia conocida, listos para ser manipula-dos.

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de la gravedad. Esta solución tiene el problema que es muy difícil que todas las piezas queden en la posición deseada debido a la variada geometría de las piezas, lo que obligaría a que el sistema de manipulación fuera mucho más “inteligente”. (Ver figura 29).

Figura 29. Dispensador mecánico de piezas múltiples • Dispensadores mecánicos para cada parte: En esta solución se utilizan 5

dispensadores para las piezas de empate y 6 dispensadores de tubos, que deben ser llenados previamente por un operario. Cada dispensador es accionado por la gravedad, es decir al ser retirada una pieza cae la siguiente. Cada dispensador tendría una forma especial dependiendo de la geometría de cada pieza para asegurar que siempre caigan las piezas o los tubos en una misma posición. (Ver figura 30).

Figura 30. Dispensadores mecánicos para cada pieza • Dispensadores automáticos para cada parte: Funcionan como los

dispensadores mecánicos para cada parte, con la diferencia que hay unos dispositivos de apertura y cierre controlados electrónicamente que son los que regulan el flujo de partes. La ventaja de este método es que las partes salen cuando justo en el momento en que se necesita que salgan y no inmediatamente después de retirada la pieza anterior. Este sistema debería tener dos pasadores, el primero que está interno en el dispensador se abre pare para dejar caer una pieza hasta el segundo pasador y tenerla lista para cuando haya que proveerla; una vez está lista la pieza este pasador se cierra nuevamente. Cuando el sistema de ensamble requiera la pieza que está lista,

Una vez se retira esta pieza cae la siguiente.

Caen por gravedad

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el segundo pasador se abre y la deja salir; cuando la pieza sale este pasador se cierra y se vuelve a abrir el primer pasador para repetir el proceso. (Ver figura 31).

Figura 31. Dispensador automático para cada parte. ¾�Criterios de selección de la solución: ��Costos:

• Inversión Inicial: Cuánto hay que invertir para montar la solución propuesta, incluye costo de los componentes, mano de obra, horas de diseño, etc.

• Costos de Operación: Costos de mantenimiento, sueldo del (de los)

operario(s), energía consumida. ��Precisión de colocación: Evalúa si la solución es capaz de proveer todas las

partes en una posición fija predeterminada.

Pasador 1

1

Pasador 2

Los dos pasadores están cerrados, no hay flujo de partes.

2

El pasador 1 se abre y se cierra en un lapso muy corto de tiempo permitiendo que solo una pieza caiga hasta el pasador 2 y quede lista para salir

3

El pasador 2 se abre permitiendo la salida de la pieza. Una vez la pieza ha salido el pasador 2 se cierra y se repite el proceso.

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��Control sobre los tiempos de abastecimiento (C.S.T.A): Si es posible regular el tiempo entre la entrega de una pieza y otra. *

¾�Determinación del peso de los criterios Usando nuevamente el criterio de comparación por pares, tenemos: Tabla 16. Peso de los criterios para el subproceso de abastecimiento de partes. CRITERIOS COMPARACIÓN GANADOR Inversión Inicial 1. Vs. Costos de

Operación (5:5) 2. Vs. Precisión de colocación (3:7) 3. Vs. C.S.T.A(7:3)

Empate Precisión de colocación Inversión Inicial

Costos de Operación 1. Vs. Precisión de colocación(3:7) 2. Vs. C.S.T.A(7:3)

Precisión de colocación Costos de operación

Precisión de colocación 1. Vs. C.S.T.A (8:2). Precisión de colocación

CRITERIO # PUNTOS PESO RELATIVO Inversión Inicial 15 25% Costos de operación 15 25% Precisión de colocación 22 36.6% C.S.T.A 8 13.3% Total 60 100% ¾�Evaluación de las soluciones: ♦ Dispensador mecánico de piezas múltiples * La importancia de este criterio va directamente relacionada con los mecanismos de manipulación y de inserción que se escojan, por lo tanto puede variar. Para efectos de determinarle un peso a este criterio, vamos a suponer que en general es deseable regular el tiempo de salida entre partes.

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Costos • Inversión Inicial: Es baja, lo único que se requiere es una tolva y sistema

mecánico que no deje salir una pieza hasta que la que está afuera no sea retirada. El costo de estos elementos es muy variable porque habría que mandarlos a fabricar.

• Costos operacionales: Son casi nulos. El mantenimiento que se requiere es

mínimo y de costo despreciable. Se requeriría un operario que alimentara las tolvas, pero esto solo necesita muy poco tiempo, por lo que el operario podría estar pendiente de muchos otros procesos. Para cuantificar cuánto valdría el tiempo del operario en este proceso se estima que es una tercera parte de un salario mínimo, es decir 103.000 pesos.

Precisión de colocación: Es desastrosa. No es posible colocar las piezas en una posición conocida, debido a la variedad de geometrías. Esto implicaría costos altísimos en el proceso de manipulación. C.S.T.A: No se tiene control sobre el tiempo de abastecimiento. Solo se sabe que cuando se retire una pieza, la siguiente caerá. ♦ Dispensadores mecánicos para cada parte Costos • Inversión Inicial: Es baja, aunque por lo menos once veces mayor que en la

solución anterior, pues cada pieza necesita de su propio dispensador con su geometría especial.

• Costos operacionales: Son casi nulos. El mantenimiento que se requiere es

mínimo y de costo despreciable. Se requeriría un operario cuyo costo mensual es idéntico al de la solución anterior, es decir, 103.000 pesos mensuales.

Precisión de colocación: Es muy buena, se puede saber con exactitud la colocación final que va a tener cada pieza, lo que ayuda a reducir los costos de manipulación. C.S.T.A: No se tiene control sobre el tiempo de abastecimiento. Solo se sabe que cuando se retire una pieza, la siguiente caerá.

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♦ Dispensadores automáticos para cada parte Costos • Inversión Inicial: Esta en un rango medio-alto, ya que se debe construir un

dispensador especial para cada pieza, al igual que en la solución anterior, pero esta vez cada dispensador debe tener dos pasadores electrónicos, conectados a un procesador central, lo cual implica necesariamente costos de diseño e implementación de cerca de un millón de pesos o incluso más*. Aunque como se había mencionado anteriormente el costo de un PC y de un PLC es de aproximadamente 3 millones de pesos, este costo se puede ahorrar aprovechando el PLC y el PC que se utilicen en proceso de corte de tubos.

• Costos operacionales: Son muy bajos. Se necesitaría hacer un chequeo a los

pasadores mensualmente pero este costo es muy bajo. Se requeriría un operario cuyo costo mensual es idéntico al de la solución anterior, es decir, 103.000 pesos mensuales.

Precisión de colocación: Es muy buena, se puede saber con exactitud la colocación final que va a tener cada pieza, lo que ayuda a reducir los costos de manipulación. C.S.T.A: Se tiene control total sobre los tiempos de abastecimiento de las partes. Los elementos caen solo cuando el sistema lo requiera. ¾�Matriz de evaluación de la mejor solución Siguiendo el procedimiento que hasta ahora se ha llevado, se obtiene: Tabla 17. Evaluación de la mejor solución para el abastecimiento de partes.

Mecánico para Piezas Múltiples

Mecánico por partes Automático por partes

Puntos Nota Puntos Nota Puntos Nota Inversión Inicial

25% 0 0 -1 -0.25 -2 -0.5

Costos. Operacional.

25% 0 0 0 0 0 0

Precisión 36.6% 0 0 2 0.732 2 0.732 C.S.T.A 13.3% 0 0 0 0 2 0.266

Total 0 0.482 0.498

* A criterio del autor.

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En consecuencia, la mejor forma de hacer el abastecimiento de partes a la luz de los criterios de selección propuestos, es la de dispensadores automáticos para cada pieza. 3.3.2 Subproceso de manipulación de las partes Una vez todas las partes necesarias para ensamblar el marco de una bicicleta están en una posición fija y conocida, debe haber algún elemento que las lleve hasta los diferentes puntos de inserción y las deposite también en la posición más conveniente para hacer el ensamblaje. Figura 32. Modelo de caja negra del subproceso de manipulación de partes ¾�Formas de llevar a cabo este proceso A continuación se presentan tres soluciones generales para atacar este problema, las cuales varían radicalmente en costos y complejidad, como se verá enseguida. • Brazo robótico automático: Esta solución requiere de un brazo robótico

programado específicamente para tomar las partes desde los diversos dispensadores y llevarlos hasta los diferentes puntos de inserción. Este brazo electrónico debe poder realizar movimientos en los tres ejes cartesianos. (Ver figura 33).

Figura 33. Manipulación por brazo robótico

Piezas de empate y tubos en una posición fija y conocida

SOLUCIÓN BUSCADA DE

MANIPULACIÓN DE PARTES

Partes listas para ser ensambladas.

Dispensador

Punto de Inserción

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• Manipulación manual: Requiere de un operario que situé manualmente las diferentes partes del marco en sus respectivos puntos de inserción.

• Abolir la manipulación: Esta estrategia consiste en evitar la manipulación de las

partes del marco de la bicicleta, haciendo que los elementos caigan por acción de la gravedad directamente del dispensador a unos moldes móviles (su costo se estima en la sección de inserción de las partes) que aseguren que la pieza quede en la posición óptima para ser insertada (Ver figura 34).

Figura 34. Método para abolir la manipulación ¾�Criterios de selección de la solución ��Costos:

• Inversión Inicial: Cuánto hay que invertir para montar la solución propuesta, incluye costo de los componentes, mano de obra, horas de diseño, etc.

• Costos de Operación: Costos de mantenimiento, sueldo del (de los)

operario(s), energía consumida. ��Precisión de colocación: Evalúa la precisión con que el mecanismo toma y

deposita la parte que está manipulando. ��Rapidez: Mide el tiempo que toma llevar un elemento desde el dispensador

hasta el punto de inserción. ¾�Determinación del peso de los criterios

Dispensador de partes

Parte

Vista superior del molde de inserción

Vista lateral de la solución completa

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Siguiendo la metodología habitual, se obtiene: Tabla 18. Peso de los criterios para el subproceso de manipulación de partes. CRITERIOS COMPARACIÓN GANADOR Inversión Inicial 3. Vs. Costos de

Operación (6:4) 4. Vs. Precisión de

Colocación (3:7) 3. Vs. Rapidez(8:2)

Inversión inicial Precisión de colocación Inversión Inicial

Costos de Operación 4 Vs. Precisión de Colocación(3:7)

2. Vs. Rapidez(8:2)

Precisión de colocación Costos de operación

Precisión de colocación 4 Vs. Rapidez (9:1). Precisión de colocación

CRITERIO # PUNTOS PESO RELATIVO Inversión Inicial 17 28.3% Costos de operación 15 25% Precisión de colocación 23 38.3% Rapidez 5 8.3% Total 60 100% ¾�Evaluación de las soluciones ♦ Brazo Robótico Costos ��Inversión inicial: Es demasiado alta. Un brazo robótico de las características

necesarias, tiene un costo que oscila entre 15.000 y 25.000 dólares. ��Costos operacionales: El mantenimiento y calibración del brazo, como se había

dicho antes, se debe hacer aproximadamente cada dos meses, con un costo estimado de 500.000 pesos.

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Precisión de colocación: Si el brazo está bien calibrado y programado, la precisión podría ser óptima. Rapidez: Es comparable a la de un brazo humano, aunque un poco mayor. El tiempo de transporte de la pieza es de aproximadamente 7 segundos. ♦ Manipulación manual Costos ��Inversión inicial: Es nula, solo se requiere un operario que genera costos

operacionales. ��Costos operacionales: Es baja, solo se requiere un operario de tiempo

completo cuyo costo es 309.000 pesos mensuales. Precisión de colocación: La precisión es óptima. Rapidez: El tiempo de transporte de la pieza oscila entre 4 y 7 segundos. ♦ Sin manipulación Costos ��Inversión inicial: Es nula, pues no se requiere nada aparte del costo de los

moldes móviles, cuyo costo se tiene en cuenta en la sección de inserción de partes.

��Costos operacionales: es nula, no se requiere nada. Precisión de colocación: La precisión es óptima, si los dispensadores están bien posicionados, justo arriba del molde de inserción. Rapidez: El tiempo de transporte es prácticamente instantáneo, alrededor de 0.5 segundos. ¾�Matriz de evaluación de la mejor solución En este caso no es necesario hacer la matriz, pues como se ha visto la solución de abolir la manipulación, resuelve perfectamente bien el problema sin incurrir en costos adicionales. Por lo tanto se puede concluir que la mejor solución es abolir la manipulación.

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3.3.3 Subproceso de inserción de las partes Una vez teniendo todos los elementos en los puntos de inserción, se debe proceder a hacer el ensamblaje del marco de la bicicleta, de una manera rápida y al menor costo posible. Figura 35. Modelo de caja negra ¾�Restricciones • La secuencia escogida debe ser altamente automatizable. • Debe utilizar la menor cantidad posible de elementos electro – mecánicos, para

reducir los costos al máximo. • Se deben superar problemas como la inserción de una pieza limitada por otras

dos (Es el caso de los vértices o piezas que unen dos tubos, cuando dichos tubos han sido ensamblados previamente).

• La secuencia de ensamblaje debe emplear el menor tiempo posible, ya que de ello depende la eficiencia de la solución.

• Se debe buscar que el ensamblaje se haga en el menor espacio posible, debido a restricciones de espacio en la planta de la microempresa.

¾�Soluciones Propuestas El problema de inserción de las partes se puede ver de dos maneras distintas, la primera es verlo como la forma de ensamblar dos elementos, es decir, cómo insertar una pieza en un tubo o viceversa, la segunda forma de afrontar el problema es verlo como un todo, es decir, resolver el problema de insertar todas las piezas y los tubos que conforman el marco de la bicicleta. Para efectos de esta tesis, el problema de unir un tubo y una pieza de empate se va a hacer a través de un cilindro neumático que empuje el tubo linealmente hasta la pieza, la cual permanece completamente inmóvil.

SOLUCIÓN BUSCADA

Partes del marco, ya depositadas en los puntos de inserción, en una posición conocida.

Marco de la bicicleta ensamblado

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Para hallar las mejores alternativas de ensamblaje completo del marco, se procedió a construir un modelo desarmable aproximado del marco en PVC en tamaño real. Después de armarlo y desarmarlo repetitivamente, surgieron las siguientes posibles alternativas: • Sistema rotativo de estación única, en el cual una parte base va girando sobre

su propio centro y se le van anexando los demás componentes verticalmente desde varios mecanismos. Esta opción aprovecha muy bien los elementos de ensamble, ocupa poco espacio, no requiere grandes elementos de transporte entre las celdas, sin embargo requiere una manipulación compleja de las partes. Para darse una idea gráfica, ver la figura 36.

• Sistema “simultáneo” de ensamblaje en estación única: En esta opción todos

los elementos caen directamente de los dispensadores a unos moldes especiales para cada parte que están situados en sus respectivos puntos de inserción, en una mesa especial que permite el movimiento de dichos moldes en una sola dirección. Según esta estrategia una vez posicionados todos los elementos en sus moldes, unos cilindros neumáticos empujan a los tubos hacia la pieza de empate más cercana, la cual permanece inmóvil, formando de esta manera tres grupos de subensambles. Una vez formados estos subensambles, otros cilindros neumáticos los empujan, hacia un subensamble central que permanece inmóvil, ensamblando de esta manera el marco en su totalidad. (Ver figura 37).

• Ensamblaje en línea, en donde el producto va siendo transportado a través de

varias estaciones de trabajo y en cada una de ellas se le va anexando un componente. Es la versión automática de la línea de ensamblaje manual Este tipo de ensamblaje ocupa mucho espacio, requiere una buena inversión en mecanismos de transporte entre celdas, puede resultar lento debido al tiempo perdido en el transporte de las piezas y por el bajo volumen que se va a producir se tendería a pensar que no se justifica. (Ver figura 38).

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Figura 36. Ensamblaje por sistema rotativo de estación única

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Figura 37. Ensamblaje por el sistema “simultaneo de estación única.

FASE 1: Ensamble de los elementos, com-formación de tres grandes suben-sambles.

FASE 2: Unión de los tres subensambles.

FASE 3: Marco de la bici-cleta totalmente ensamblado.

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Figura 38. Ensamblaje en línea 3.3.4 Criterios de Selección f) Costo

• Inversión Inicial: Cuánto hay que invertir inicialmente para llevar a cabo la solución propuesta. En este ítem está incluido el número aproximado de elementos electro–mecánicos necesarios para llevar a cabo la secuencia de ensamblaje.

• Costos de operación: Costos adicionales que genere el proceso, energía consumida, mano de obra que se requiere, mantenimiento, implementación, diseño etc.

g) Autonomía: Qué tan autónomo puede llegar a ser la solución propuesta.

Cuántos operarios requiere. h) Espacio que ocupa: Aproximadamente cuánto espacio requiere implementar la

solución propuesta. i) Rapidez de Ensamblaje: Cuánto tiempo toma ensamblar todo un marco con la

técnica propuesta. En este ítem está incluido el número de movimientos que cada solución necesita para ser llevada a cabo.

¾�Asignación del peso de cada criterio Usando nuevamente el criterio de comparación por pares, se obtiene:

Tubos y Partes

ESTACIONES DE TRABAJO

Transferencia en línea

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Tabla 19. Peso de los criterios para la inserción de partes. CRITERIOS COMPARACIÓN GANADOR Inversión Inicial 10. Vs. Costos de

Operación (4:6) 11. Vs. Autonomía

(4:6) 12. Vs. Espacio que

ocupa (8:2) 13. Vs. Rapidez de

Ensamblaje. (6:4)

Costos de Operación Autonomía Inversión Inicial Inversión Inicial

Costos de Operación 5 Vs. Autonomía (3:7) 6 Vs. Espacio que

ocupa (8:2) 3 Vs. Rapidez de Ensamblaje. (7:3)

Autonomía Costos de Operación Costos de Operación

Autonomía 7 Vs Espacio que ocupa (8:2)

8 Vs. Rapidez de Ensamblaje. (5:5)

Autonomía Empate

Espacio que ocupa 9 Vs. Rapidez de Ensamblaje. (2:8)

Rapidez de Ensamblaje

CRITERIO # PUNTOS PESO RELATIVO Inversión Inicial 22 22% Costos de operación 24 24% Autonomía 26 26% Espacio que ocupa 8 8% Rapidez de Ensamblaje 20 20% Total 100 100% ¾�Evaluación de las soluciones ♦ Sistema rotativo de estación única

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Costos • Inversión inicial: A continuación se listarán los principales componentes que

requiere el sistema para su funcionamiento y sus precios: 1 PLC Siemens S7-300*, aprox. US$ 900. 1 Computador personal para crear la interfaz con el operario, aprox. 1.5 millones de pesos. 1 Motor sobre el cual gira el marco: Costo estimado 500.000 pesos. 5 Cilindros neumáticos de inserción de tubos y piezas de empate: un típico cilindro de 50 cm de recorrido, 2 cm de radio y con capacidad de empujar 1 Kg., cuesta alrededor de 300.000 pesos. 1 Componente de agarre de la pieza central del marco: hay que mandarlo a fabricar. Se estima un costo de 50.000 pesos. 5 Guías para enrutar los elementos a ser insertados: hay que mandarlas a fabricar, se estima que el precio de cada guía sea de 20.000 pesos. 1 estructura en donde van montados los cilindros, el motor, las guías etc.: Hay que mandarla a fabricar. Se estima un costo de 1 millón de pesos. 1 Compresor para enviar la presión neumática: Se estima un costo de 800.000 pesos. 5 Válvulas: Cada válvula cuesta alrededor de 70.000 pesos. Mangueras, cables, tornillos y demás componentes: se estima un 5% sobre el costo total estimado de los demás componentes. Inversión inicial estimada: $ 8’ 265.000

• Costos de operación: Se requiere un operario, cuyo salario mensual es de

309.000 pesos. El mantenimiento mensual se estima en 150.000 pesos. La energía total consumida se estima en 100.000 pesos mensuales.

* Dadas sus características es el PLC de la última generación de SIEMENS que mejor se ajusta a las circunstancias de la empresa, dado el número de entradas y salidas. Para ver las especificaciones de este PLC favor remitirse al numeral 4.1.4 en la página 104. El precio del dispositivo puede variar un poco de acuerdo al proveedor.

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Costos de operación estimados al mes: $ 559.000

Autonomía: El sistema es bastante autónomo, solo necesita un operario que supervisa el proceso. Esta solución puede presentar problemas a la hora de insertar una pieza de empate entre dos tubos ya ensamblados y a la hora de girar el marco si el pegante no ha secado. De no ser corregidos en el diseño estos problemas, el sistema podría requerir la ayuda de más operarios lo que le quitaría autonomía. Espacio que ocupa: esta solución es bastante económica en espacio, ya que no hay transporte entre celdas, ni movimientos por fuera de la estación. Rapidez: Es lento debido al tiempo que toma hacer los giros del marco. El proceso de ensamblaje total del marco puede tomar entre 2 y 5 minutos, suponiendo que no hubiera que esperar a que se secara el pegante. ♦ Sistema de ensamblaje “simultaneo” de estación única Costos • Inversión inicial: A continuación se listarán los principales componentes que

requiere el sistema para su funcionamiento y sus precios: 1 PLC Siemens S7-300 aprox. US$ 900. 1 Computador personal para crear la interfaz con el operario, aprox. 1.5 millones de pesos. 14 Cilindros neumáticos de inserción de tubos y piezas de empate: un típico cilindro de 50 cm de recorrido, 2 cm de radio y con capacidad de empujar 1 Kg., cuesta alrededor de 300.000 pesos. 1 Mesa en donde se van a ubicar todos los dispositivos, con sus respectivos rieles y guías, además de los moldes donde caen los diferentes elementos provenientes de los dispensadores. etc.: Hay que mandarla a fabricar su costo podría estar por los 3 millones de pesos. 1 Compresor para enviar la presión neumática: Se estima un costo de 800.000 pesos. 14 Válvulas: Cada válvula cuesta alrededor de 70.000 pesos.

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Mangueras, cables, tornillos y demás componentes: se estima un 5% sobre el costo total estimado de los demás componentes. Inversión inicial estimada: $ 13’179.000

• Costos de operación: Se requiere un operario, cuyo salario mensual es de

309.000 pesos. El mantenimiento mensual se estima en 200.000 pesos. La energía total consumida se estima en 100.000 pesos mensuales.

Costos de operación estimados al mes: $ 609.000

Autonomía: El sistema es bastante autónomo, solo necesita un operario que supervisa el proceso. Espacio que ocupa: Esta solución es bastante económica en espacio, ya que no hay transporte entre celdas, ni movimientos por fuera de la estación. Rapidez: Es muy rápido, debido a que el ensamble total se hace básicamente en tres pasos, casi simultáneos. ♦ Sistema de ensamblaje en línea Costos • Inversión inicial: A continuación se listarán los principales componentes que

requiere el sistema para su funcionamiento y sus precios:

1 PLC Siemens S7-300, aprox. US$ 900. 1 Computador personal para crear la interfaz con el operario, aprox. 1.5 millones de pesos. 1 Banda transportadora: Una banda típica de siete metros de longitud, cuesta alrededor de 12 millones de pesos. 11 Cilindros neumáticos de inserción de tubos y piezas de empate: un típico cilindro de 50 cm de recorrido, 2 cm de radio y con capacidad de empujar 1 Kg., cuesta alrededor de 300.000 pesos. 11 estructuras en donde van montados los cilindros, las guías etc.: Hay que mandarla a fabricar. Por ser estructuras más sencillas, se estima su costo en 200.000 pesos.

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1 Compresor para enviar la presión neumática: Se estima un costo de 800.000 pesos. 11 Válvulas: Cada válvula cuesta alrededor de 70.000 pesos. Mangueras, cables, tornillos y demás componentes: se estima un 5% sobre el costo total estimado de los demás componentes. Inversión inicial estimada: $ 23’773.500

• Costos de operación: Son bastante altos, ya que se requiere un operario

por cada una de las once estaciones, cuyo salario mensual es de 309.000 pesos. El mantenimiento mensual se estima en 400.000 pesos. La energía total consumida se estima en 150.000 pesos mensuales.

Costos de operación estimados al mes: $ 3’949.000

Autonomía: El sistema es poco autónomo debido a la gran cantidad de operarios que necesita, los cuales deben poner en posición el pedazo de marco que obtienen de la estación anterior, para poderle insertar un nuevo elemento. Espacio que ocupa: Esta solución ocupa demasiado espacio, debido a la cantidad de celdas que requiere y la distancia entre ellas. Rapidez: Es bastante lento, debido a los largos tiempos de transporte entre estaciones y a las manipulaciones que tienen que hacer los operarios. ¾�Matriz de evaluación de la mejor solución Tabla 20. Evaluación de la mejor solución para la inserción de partes.

Ensamblaje rotativo

Ensamblaje “simultaneo”

Ensamblaje en línea

Puntos Nota Puntos Nota Puntos Nota Inversión Inicial

22% 0 0 -1 -0.22 -2 -0.44

Costos. Operacional.

24% 0 0 0 0 -2 -0.48

Autonomía 26% 0 0 1 0.26 -2 -0.52 Espacio 8% 0 0 0 0 -2 -0.16 Rapidez 20% 0 0 1 0.2 -2 -0.4

Total 0 0.24 -2.0

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Por lo tanto la mejor solución para realizar el ensamblaje total del marco, evaluada ante los criterios de selección expuestos anteriormente, es la de ensamblaje “simultáneo” de estación única.

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4. DISEÑO DE LA AUTOMATIZACIÓN DE LAS SOLUCIONES PROPUESTAS

El objetivo del presente capitulo es llevar a cabo un diseño detallado del proceso de automatización de los tres procesos que, como se vio en el capítulo 3, se deben automatizar, estos son, el corte de tubos, abastecimiento de las partes e inserción de las piezas. Se partirá de una descripción y una gráfica detallada del proceso, seguida de la lista de instrumentación, un diagrama técnico normalizado del proceso (“Pipping and Instruments Diagram”, P&ID, por sus siglas en inglés) y finalmente se presentará el programa controlador del PLC en IsaGraf siguiendo la metodología GEMMA (“Guía de estudio de marchas y paradas” por sus siglas en francés”). 4.1 AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE CORTE DE TUBOS. 4.1.1 Secuencia del proceso en condiciones de producción normal Aunque ya se había descrito en el capítulo 3 el proceso de corte que se llevará a cabo, a continuación se desglosará aún más, describiendo paso a paso, la secuencia que debe seguir el autómata para realizar satisfactoriamente dicho procedimiento: Tabla 21. Secuencia para producción normal del proceso de corte de tubos.

PASO NOMBRE FUNCIÓN CONDICIÓN DE TRANSICIÓN

1 Inserción del tubo El operario debe insertar el tubo que desea cortar en la máquina y pulsar el botón start y el botón que indica de qué diámetro es el tubo. Todas las salidas se ponen en cero y los contadores de número de pedazos que se han cortado se inicializan en cero.

El operario ya pulsó el botón que indica el diámetro y el tope está a una distancia de cero cm. de la sierra.

2 Corrimiento del tope El autómata debe posicionar el tope a la distancia adecuada de la sierra, según la longitud de los pedazos que se quieran cortar, la cual está determinada por el diámetro del tubo y la secuencia de optimización.

Un sensor indica que el tope ya llegó a la distancia requerida.

3 Encender el motor que baja el tubo.

El motor que ayuda a bajar el tubo se enciende hasta que el tubo toque el tope.

El tubo ya tocó el tope.

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tubo toque el tope. 4 Apagar el motor que baja

el tubo y sujetar el tubo. El motor que ayuda a bajar el tubo se apaga y se activa un cilindro neumático para aprisionar el tubo que se va a cortar.

Señal de que el motor está apagado y una señal de que el tubo se agarro con la presión deseada.

5 Encendido y bajado de la sierra.

Se enciende el motor de la sierra y se baja para que se efectúe el corte.

Señal de final de carrera de la sierra (el corte ha finalizado).

6 Apagado y subido de la sierra

Se apaga la sierra y se devuelve a su posición inicial.

Señal de final de carrera de la sierra (ya la sierra está en posición inicial).

7 Liberación del tubo. Se deja de subir la sierra y se libera el tubo.

Incondicional

8-a* Incrementar contador de pedazos y volver al paso 2.

Se incrementa el contador de número de pedazos cortados y si el tubo aún no se ha acabado y la secuencia de optimización lo requiere, se debe saltar al paso 2 para posicionar nuevamente el tope. Si el tubo ya se cortó en su totalidad se salta al paso 9a.

Para ir al paso 2: El tubo aun no se ha cortado en su totalidad Para ir al paso 9-a: El tubo ya se cortó en su totalidad.

8-b** Incrementar contador de pedazos y volver al paso 3.

Se incrementa el contador de número de pedazos cortados y si el tubo aún no se ha acabado de cortar, entonces saltar al paso 3. Si por el contrario ya se acabó de cortar el tubo, se debe saltar al paso 1.

Para ir al paso 3: El tubo no se ha cortado en su totalidad. Para ir paso 1: El tubo ya se cortó en su totalidad.

9-a* Incrementar contador de tubos y saltar al paso 1.

Se incrementa el contador de número de tubos cortados, se inicializa el contador de número de pedazos y si la rutina de optimización no se ha terminado se salta al paso 1, de lo contrario se salta al paso 10a.

Para ir al paso 1: Aún no se ha cortado la cantidad de tubos que la secuencia de optimización indica. Para ir al paso 10-a: Ya se corto la cantidad de tubos que la secuencia de optimización indica.

10-a* Inicializar el contador de tubos.

Se inicializa nuevamente el contador de número de tubos cortados y se salta al paso 1.

Incondicional.

* Solo se entra a este paso si el diámetro exterior del tubo que se está cortando es 1 o 1 pulgada. ** Solo se entra a este paso si el diámetro exterior del tubo que se está cortando es de ! o ' de pulgada. 4.1.2 Diagrama no estandarizado del proceso de corte en producción normal. A continuación se presenta un esquema del proceso de producción normal de

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corte de tubos, que en ningún momento pretende ser una guía técnica del proceso y cuyo único objetivo es ser una ilustración un poco más detallada que la dada en el capítulo 3 para que el lector se haga una mejor idea la estructura física que requiere dicho proceso. Figura 39. Producción normal del proceso de corte de tubos.

PLC

Contactor Electromagnético

Compresor

Motor

Pulsador manual

Sensor de Presencia

Sensor de fuerza

Válvula de accionamiento electromagnético

Cilindro de doble efecto Lazo de interfaz

con el usuario

Lazo de acciona-miento de la sierra.

Lazo de corrimiento de tope.

CONVENCIONES:

Lazo para bajar y sujetar el tubo

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Como se puede apreciar, existen en el gráfico cuatro áreas de funcionamiento dentro del proceso, claramente identificadas por un color especifico, las funciones de cada lazo se explican a continuación: ¾�Lazo de interfaz con el usuario: La interfaz con el usuario en producción normal

consta de cinco pulsadores, cuatro de ellos son para que el operario le indique a la máquina el diámetro del tubo que introdujo en ella y el pulsador restante es un RESET para abortar el proceso que se está llevando a cabo y comenzar la operación nuevamente desde el estado inicial. El PLC* se encarga de tomar esta información y seleccionar la secuencia apropiada para el proceso. **

¾�Lazo de accionamiento y movimiento de la sierra: Es el encargado de prender

el motor de la sierra eléctrica y bajarla hasta que exista una señal de fin de carrera, luego se encarga de devolver la sierra a su posición inicial. Envía también una señal de que la sierra ya está de nuevo en su posición inicial.

¾�Lazo de corrimiento de tope: Este lazo consta de seis sensores de presencia,

que indican la distancia a la cual se encuentra el tope de la sierra (que define el tamaño del pedazo que se va a cortar), un motor que es el encargado de mover el tope y un sensor de presencia ubicado en el tope que le indica al PLC que el tubo ya tocó el tope. Los seis sensores encargados de medir la distancia del tope a la sierra, se encuentran a 0, 14, 20, 22, 24 y 32 centímetros de distancia del tope, representando así la distancia adecuada para realizar un corte dependiendo del diámetro del tubo que se introduzca en la máquina.

¾�Lazo que ayuda a bajar y sujeta el tubo: Es el encargado de encender el motor

que ayuda a bajar el tubo hasta que toca el tope, una vez el operario indica el diámetro del tubo que insertó. Posteriormente a través de un cilindro neumático sujeta el tubo firmemente con una fuerza predeterminada (medida por el sensor de fuerza) para que no se mueva al momento de efectuar el corte. Una vez finalizado el corte, el cilindro libera el tubo para que caiga el pedazo que se cortó.

4.1.3 Metodología GEMMA Todo lo que se ha visto hasta el momento, aplica para el proceso de corte de tubos en producción normal, es decir, en condiciones en las cuales no se produce

* En todo el proceso sólo habrá un PLC. En el diagrama del proceso, al igual que en el P&ID que se verá más adelante se muestran varios PLC’s, pero solo es para evitar un gran número de entradas y salidas en un único símbolo. ** Es posible que la interfaz aumente en complejidad a medida que se tienen en cuenta los posibles fallos del sistema y se aplique la guía GEMMA.

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ninguna falla ni interrupción del proceso. Sin embargo, como nos dice Iban Loiola Zubia:

La automatización de máquinas y de procesos industriales debe contemplar todos los posibles estados en que se puede encontrar una máquina o proceso. No solamente se debe contemplar en el programa el simple funcionamiento normal automático, sino las situaciones de fallo, de parada de emergencia, los procesos de rearme y puesta en marcha de la máquina, las marchas de test, el control manual. Un programa de autómata debe considerar prioritario la detección de los posibles defectos de la parte operativa y el ejecutar la parada de emergencia... Todo programa de autómata debe contemplar estos casos, con el objetivo de reducir al mínimo los tiempos de parada de las maquinas y hacer simple el proceso de rearranque y los cambios de modo de funcionamiento, por ejemplo paso de control manual a control automático.1

La guía GEMMA (Guía para el estudio de los modos de marchas y paradas), es una representación organizada de todos los modos o estados en que se puede encontrar un proceso de producción automatizado, igualmente representa los saltos o transiciones que se dan de un estado a otro. Estos estados se organizan en tres grupos principales*: • Parada y puesta en marcha: Este grupo contiene todos los modos de

funcionamiento en los que el sistema está parado, los que llevan a una parada del sistema y los que permiten pasar el sistema de un estado de defecto a un estado de parada para volver a poner en marcha el sistema. Estos procesos se ejecutan normalmente a petición del operador y también cuando se arranca para efectuar un posicionamiento inicial.

• Fallo de la parte operativa: Tiene en cuenta los procesos de falla, activados por

una falla propia de la máquina o también a petición del operador al pulsar el botón de emergencia.

• Funcionamiento: Designa los diferentes estados en los procesos de

producción y obtención de productos. El proceso de producción no solo

1 ZUBIA Loiola, Iban. Curso Virtual Básico de Autómatas Programables. http://www.grupo-aser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/index.htm * Para una información más detallada acerca de la guía GEMMA, el lector se puede remitir a la página web de Iban Zubia, citada anteriormente.

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esta compuesto por el estado de producción normal o automática sino también por los estados de: marchas de preparación y de cierre, las marchas de test y las marchas de verificación.

A continuación detallaremos las posibles causas de detención del proceso, la acción a realizar y la secuencia de rearme a llevar a cabo para el proceso de corte de tubos: Tabla 22. Posibles fallas del proceso de corte

FALLAS DE LA PARTE OPERATIVA FALLA FORMA DE

DETECTARLA ACCIÓN A REALIZAR SECUENCIA DE REARME

Parada de emergencia

El operario oprime el botón Stop.

Todos los accionadores se debe parar.

Una vez superada la situación, el operario debe oprimir un botón de continuar, para proseguir el proceso en el estado en que estaba.

Falla en la sierra

Si transcurre demasiado tiempo antes de que la sierra llegué al final de carrera (Tanto el superior como el inferior).

Detener el proceso. Dar aviso al operario a través de un testigo llamado falla en la sierra.

El operario debe corregir el problema y oprimir continuar. El proceso rearrancará en donde iba antes de la falla.

Falla en el cilindro

Si transcurre demasiado tiempo y no se ha recibido la señal de que el tubo está bien sujeto.

Detener el proceso. Dar aviso al operario a través de un testigo llamado falla en el cilindro.

El operario debe corregir el problema y oprimir continuar. El proceso rearrancará en donde iba antes de la falla.

Falla en el tope.

Si transcurre demasiado tiempo antes de recibir una señal de que el tubo ya tocó el tope.

Detener el proceso. Dar aviso al operario a través de un testigo llamado falla en el tope.

El operario debe revisar el motor del tubo y el sensor del tope, una vez corregido el problema se debe poner el tubo en la posición inicial y oprimir el botón continuar. El proceso continuará en el paso en que estaba antes de la falla.

Falla en los sensores de distancia

Si transcurre mucho tiempo antes de recibir una señal de que el tope llegó a la distancia deseada.

Detener el proceso. Dar aviso al operario a través de un testigo llamado falla en los sensores de distancia.

El operario debe revisar el motor del tope y los sensores de distancia. Una vez corregido el problema, el operario debe oprimir el botón de continuar y el proceso continuará en donde estaba antes del fallo.

PARADA Y PUESTA EN MARCHA SOLICITUD ACCIÓN PUESTA EN MARCHA

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Parada en estado inicial En el estado inicial la máquina debe estar en reposo.

Continuar en estado inicial, hasta que no se cumpla la condición de transición.

Parada al final del ciclo No es necesaria, ya que en el ciclo de producción normal, al finalizar de cortar un tubo el autómata se detiene hasta que el operario ingrese otro tubo y de la señal de arranque.

Al terminar el ciclo vuelve al estado inicial (ya está estipulado en el ciclo de producción normal).

Parada en un estado determinado Es la misma parada de emergencia.

Cuando el operario oprime el botó continuar, el proceso continúa en donde había quedado.

Reiniciación del ciclo (Reset) Cuando el operario oprime el botón de reset, todos los accionadores vuelven a su posición inicial, pero se mantiene la memoria de cuántos tubos se han cortado para proseguir con la secuencia de optimización.

Para volver a iniciar el proceso, el operario debe insertar un tubo y presionar de nuevo el botón Start.

Reiniciación del proceso (Reset Total)

Cuando el operario oprime el botón de reset, todos los accionadores vuelven a su posición inicial y se reinicia la secuencia de optimización

Para volver a iniciar el proceso, el operario debe insertar un tubo y presionar de nuevo el botón Start.

FUNCIONAMIENTO TIPO DE MARCHA FUNCIÓN

Producción normal Determina la secuencia que realiza la producción normal de la máquina, la cual se analizó con detalle en la Tabla 21.

Marcha de preparación. Determina las acciones previas a la producción normal. En este proceso la única marcha de preparación que se requiere es insertar el tubo en la máquina.

Marcha de Cierre Determina las acciones de limpieza y/o mantenimiento que se deben llevar a cabo después de finalizar un ciclo o al cambiar algunas características del producto. Para este proceso no es necesaria ninguna marcha de cierre.

Marchas de verificación y Test Sirven para verificar el correcto funcionamiento de la secuencia de control y de los diferentes accionadores. En este trabajo de grado no se tendrán en cuenta estas marchas.

El lector podrá notar, que para implementar la metodología GEMMA se deben incorporar a la interfaz con el usuario, cuatro pulsadores más, pues en el diagrama que se hizo para producción normal, no se tenían en cuenta los botones start,

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stop, reset total y continuar; además se deben añadir cuatro indicadores de fallas, a saber, falla en los sensores, falla en la sierra, falla en el tope y falla en el cilindro. A modo de ejemplo se presenta la siguiente figura, para que el lector se dé una idea de cómo quedaría el panel de control de la cortadora de tubos: Figura 40. Panel de control para la cortadora de tubos. 4.1.4 Lista de instrumentación: Una vez determinados el panel de control y el funcionamiento del sistema, tanto en producción normal como en los diferentes modos de marchas y paradas, se puede hacer una lista de los instrumentos necesarios para implementar la solución propuesta. A continuación, se presenta dicha lista, junto con la función de cada elemento y sus principales características*.**

• Las características de los elementos se obtuvieron de los siguientes recursos: www.sensotec.com/DCT/pdf/lkseries.pdf, www.festo.com.co/prductos.html, www.cta-componentes.com/ctae/pulsador/contpulsador.htm, www.DeWalt.com y www.siemens.com.co.

TUBO 1 1/4

TUBO 1

TUBO 5/8

TUBO 3/4

START STOP CONTINUAR RESET RESET TOTAL

FALLA EN LA SIERRA

FALLA EN EL TOPE

FALLA EN EL CILINDRO

FALLA EN LOS SENSORES

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Tabla 23. Lista de instrumentación para el proceso de corte de tubos.

ELEMENTO CANTIDAD FUNCIÓN CARACTERÍSTICAS Pulsador normalmente abierto sin retención

9 Interfaz con el operario, son los encargados de emitir la señal indicada por el operario.

CARACTERÍSTICAS ELÉC-TRICAS Potencia de conmutación (Máx.) 3W DC. Corriente de conmutación (Máx.) 100 mA DC. Vida operativa 1x105 Ciclos (24 VDC/100 mA - 3 ciclos por segundo) Resistencia de contacto < 100 m INICIAL < 150 FINAL de VIDA Resistencia de aislamiento 1000 V>3x103 Rigidez dieléctrica (50 hz. 1 Min.) > 1000 V Entre contactos abiertos Rebote contacto 3ms Velocidad de accionamiento 200 mm/seg. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Fuerza de actuación N=1,2 N + - 0,25 N Recorrido Max. 2,2 mm. Recorrido y fijación 2,2 / 1,5 mm.

Interruptor mecánico de final de carrera, normalmente abierto accionado por palanca con rodillo

2 Indicar que la sierra ya ha acabado su recorrido.

Muy similares a las de los pulsadores normalmente abiertos sin retención.

Detector de proximidad óptico de tipo barrera de reflexión, compuesto de un emisor y un receptor en una sola caja y de un receptor.

7 Indicar la distancia del tope a la sierra y si el tubo ya tocó el tope.

Distancia de conmutación máxima: 2000 mm Tensión de conmutación: 10 hasta 30 Vcc Corriente de conmutación: 200 mA Distancias de funcionamiento: Reflector ø20mm: 40 hasta 400 mm Reflector ø40mm: 65 hasta 650 mm Reflector ø80mm: 200 hasta 2000 mm

Tutorial de programación en Simatic S7, Versión 22/01/2002. Pp 149-154. FESTO DIDACTIC. Manual de Estudio “Introducción a la electroneumática”. Pp 156-182. ** Los precios de los componentes no se incluyen, pues dependen de la marca particular que se escoja. Este trabajo no pretende escoger una marca particular para cada componente.

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Reflector ø40mm: 65 hasta 650 mm Reflector ø80mm: 200 hasta 2000 mm

Relés termicos 3 Proteger los motores contra posibles sobrecargas en el sistema.

Tripolar, Diferencial (Protección contra desequilibrio de fases). Contactos de doble ruptura e independientes. Compensación automática por temperatura ambiente entre - 25°C y + 60°C. Rearme manual o automático a elección. Montaje directo a contactores Bornes protegidos contra contactos accidentales

Contactor Electromagnético

3 Accionar los motores que mueven el tope, suben o bajan y encienden o apagan la sierra.

Tripolares : Circuito de Potencia hasta 690V AC Circuito de Control hasta 690V AC Montaje : Sobre Riel DIN EN 50022 por engatillada simple o mediante tornillos de fijación a panel. Bornes : Protegidos contra contactos accidentales según VDE 0106.

Electroválvula de 4/3 vías. (4 conexiones controladas, 3 posi-ciones).

1 Regular el flujo de aire hacia el cilindro de doble efecto. Mantener la posición del cilindro en caso de una parada de emergencia.

Conexiones:M5, M7, G1/8, G1/4 Tensiones de funcionamiento: 24 VDC, 110 VAC, 220 VAC Presión de funcionamiento: 2.5 hasta 10 bar, vacío Tamaño: ancho de 10 mm, Caudal 350 l/min. Consumo de potencia: 1W a 24 VDC.

Cilindro de doble efecto y un vástago.

1 Sujetar el tubo que se va a cortar.

Diámetro del émbolo: 10 Carreras estándar: 100mm Fuerza de avance (a 6 bar): 26,7 kp Presión de trabajo máxima admisible:10 bar

Sensor de fuerza 1 Indicar que el cilindro ya sujetó al tubo con una fuerza predeterminada.

Diámetro: 3.7" Repetibilidad: 0.2% F.S.

103

fuerza predeterminada. Rango: 1-10,000 lbs. Display: 41/2 dígitos Potencia: 9V batería, 11-32, 110 VAC Material Cubierta: Acero Inox. Material Celda: Acero Inox. Captura Alta y baja: Estándar Velocidad de actualización: 3/ s (seleccionable a 10/s) Ajuste del cero: Estándar Membrana de la superficie: Re- Alimentación táctil. Datos de calibración: Almacenados en el chip de memoria. Indicación de batería baja: Estándar

Compresor 1 Suministrar aire al sistema con una presión predeterminada.

Empuje: Por correa. Potencia: 2 HP Tamaño del tanque: 8 gal Alimentación de energía: motor de inducción de 2 polos. CFM @100 PSI 8.4 CFM Velocidad de bombeo:1070 r.p.m. Longitud: 43 " Ancho: 18.25 " Altura: 23.5 " Peso: 172 lbs

Unidad de preparación del aire comprimido

1 Filtrar, regular y secar el aire comprimido.

Incluye secador de aire por adsorción con unidades de prefiltración y de filtración posterior, indicador de humedad y de presión diferencial. Conexiones: G1/4; G1/2 Punto de rocío bajo presión: - 40 °C (opcionalmente -70 °C) Temperaturas en la entrada: min. 5°C y máx.45°C

Sierra Circular 1 Cortar el tubo Amperaje: 15.0 Amps Potencia: 4.0 HP Velocidad sin carga:5,000 r.p.m. Diámetro de la sierra: 12 " Seguro: Si. Longitud: 25-1/2 "

104

Peso: 26.0 lbs

PLC Simatic S7-300 de Siemens CPU 312 IFM

1 Controlar el proceso Memoria de programa en líneas/bytes: 2k/6Kbytes. Tiempo de proceso para 1024 líneas, binario: 0.6ms. Entradas y salidas digitales máximas: 128 Entradas y salidas análogas máximas: 32. Módulos de expansión máximo: 8 módulos. Número de contadores: 32 Número de temporizadores: 64 Fuente de alimentación integrada: 24 V DC Carga de la fuente de alimentación (suministrada): 120/230 V DC. Carga de la fuente de alimentación (24 VDC): 2,5,10 A.

4.1.5 Diagrama estandarizado del proceso (P&ID) Una vez desglosado el proceso y determinados los diferentes elementos que intervienen en él y sus respectivas funciones, el paso a seguir es elaborar un diagrama técnico estandarizado de los instrumentos y sus conexiones, siguiendo las normas ISA S5. El diagrama se encuentra en el anexo 3. 4.1.6 Programación del autómata Finalmente, se presenta en el anexo 4, el programa en lenguaje GrafCet para controlar el proceso de corte de tubos, siguiendo la metodología GEMMA. El software escogido para realizar el programa fue ISAGRAF. A continuación se presenta una figura con el esquema organizativo del programa. Figura 41. Esquema jerárquico del programa para el corte de tubos.

105

Como el lector podrá notar, el programa tiene una secuencia llamada “main”, cuyo objetivo es inicializar las salidas y algunos contadores y una vez la máquina esté lista y se dé una señal de start ,llamar al proceso de producción normal (“Inicial”). También debe sacar al autómata de dicha secuencia en caso de que ocurra alguna anomalía, llevarlo a un estado seguro y ponerlo nuevamente en un estado especifico cuando la falla se halla corregido, como se vio en el numeral 4.1.3. La secuencia “Inicial” o de producción normal, tiene a su vez cuatro “hijos” llamados: tubo1_25, tubo1_0, tubo3_4 y tubo 5_8, que representan el diámetro del tubo que se inserte en la máquina y cuya función es correr el tope hasta la distancia indicada, siguiendo la secuencia que determinó el proceso de optimización llevado a cabo en el capítulo 3. Una vez posicionado el tope, estos subprogramas llaman una secuencia de corte de tubo (representado en el programa como un macrostep), que como su nombre lo indica, se encarga efectuar el corte de un pedazo de tubo. Una vez finalizado el corte del pedazo, los subprogramas se encargan de incrementar los contadores necesarios para seguir la secuencia de optimización, hasta que está se halla llevado a cabo a cabalidad; cuando esto ocurre la secuencia Inicial se encarga de inicializar los contadores y repetir el proceso, cuando el operario así lo requiera. 4.2 AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE ABASTECIMIENTO E INSERCIÓN DE PIEZAS. Como los procesos de abastecimiento e inserción de piezas hacen parte integral de un proceso más grande llamado “ensamblaje del marco”, se ha decidido hacer la automatización conjunta de estos dos subprocesos, pues como se vio en el capítulo 3 el proceso de inserción requiere que haya un previo abastecimiento de las piezas. 4.2.1 Secuencia del proceso en condiciones de producción normal A continuación se presenta paso a paso el proceso de ensamblaje del marco bajo condiciones de producción normal, para completar la información suministrada en el capítulo 3. Tabla 24. Secuencia de producción normal para el ensamblaje del marco.

PASO NOMBRE FUNCIÓN CONDICIÓN DE TRANSICIÓN

1 Apertura de la compuerta interna del dosificador.

Cuando el operario presiona el botón start, la compuerta interna del dosificador se abre para dejar caer la pieza hasta la compuerta exterior.

Señal de que la pieza ya llegó a la compuerta exterior.

106

del dosificador se abre para dejar caer la pieza hasta la compuerta exterior.

exterior.

2 Cierre de la compuerta interna.

Casi inmediatamente después de su apertura, la compuerta interna se cierra para no dejar pasar más de una pieza.

Compuerta interna cerrada.

3 Apertura de la compuerta externa

Una vez el operario presiona el botón abastecer, la compuerta externa se abre para dejar caer la pieza hasta el molde del sistema de inserción

El tiempo de apertura de la compuerta externa finalizó.

4 Formación de subensambles.

Se cierra la compuerta externa, se inicia la formación de los tres subensambles descritos en el capitulo 3, una vez se obtiene la señal de los sensores que indican que las piezas y los tubos ya están en su respectiva posición.

Señal de fin de carrera de todos los cilindros que intervienen en la formación de los subensambles.

5 Unión de subensambles Cuando todos los subensambles han sido formados, se activan dos cilindros que los unen para formar el ensamble del marco completo.

Señal de fin de carrera de los cilindros que intervienen en la unión de los subensambles.

6 Espera del tiempo de secado

Una vez unido todo el marco, se deben esperar 15 minutos para que el pegante fije las partes y pueda ser retirado sin problemas.

Señal de que el tiempo de espera llegó a 15 minutos.

7 Retirada del marco El autómata envía una señal de que el marco está listo y el operario lo debe retirar.

Una vez el operario haya retirado el marco debe oprimir el botón continuar.

8 Retorno de los cilindros y los moldes a su posición inicial.

Después de un tiempo de espera prudencial para que el pegante se seque (aproximadamente 15 min.), se procede a retornar todos los cilindros a su posición inicial.

Señal de final de carrera de todos los cilindros que indica que ya están en la posición inicial.

9 Regreso al paso 1. Se regresa al paso 1 para esperar que el operario de la señal de start y recomenzar todo el proceso.

* Los dos pasos marcados con el número 4 se inician paralelamente después del paso número 3. 4.2.2 Diagrama no estandarizado del proceso de ensamblaje del marco Nuevamente se presenta un esquema no estandarizado del proceso, para que el

107

lector se forme una idea más clara de su funcionamiento y los diferentes lazos que intervienen en él. Figura 42. Producción normal del proceso de ensamblaje del marco.

Señales de los sensores de fin de carrera

Pulsador accionado manualmente

PLC

Suministro de energía

Contactor electro-magnético

Compresor

Sensor de presencia

Electro-válvula

Cilindro de doble efecto

Sensor de presión

Lazo para manejo del abastecimiento

Lazo para formación de subensambles

Lazo para unión de subensambles

Interfaz con el operario

CONVENCIONES:

108

Es de notar que existen en el proceso 4 lazos de control, identificados cada uno con un color diferente, que desempeñan una función específica, la cual será explicada a continuación ��Lazo para el manejo del abastecimiento: Es el encargado de controlar la

apertura y el cierre de las compuertas de los diferentes dosificadores de piezas y tubos (aunque en el diagrama solo se muestra un dosificador, realmente existen 14).

��Lazo para la formación de subensambles: Es el encargado de accionar los

cilindros que intervienen en el proceso de formación de los tres subensambles. El PLC capta las señales de los sensores de final de carrera y acciona la electroválvula que controla el flujo de aire hacia los cilindros.

��Lazo para la unión de subensambles: Es el encargado de accionar los cilindros

que intervienen en el proceso de unión de los tres subensambles para formar el marco completo. El PLC capta las señales de los sensores de final de carrera y acciona la electroválvula que controla el flujo de aire hacia los cilindros.

��Lazo de interfaz con el usuario: Es el encargado de accionar o detener tanto el

proceso de abastecimiento como el de inserción a través de dos pulsadores que presiona el operario manualmente.

4.2.3 Metodología GEMMA Para realizar un análisis más completo del proceso de automatización, se tienen que identificar, definir y solucionar las posibles fallas y detenciones que se puedan presentar, como se detalló en el numeral 4.1.3. Enseguida, se presenta una tabla analizando los modos de marchas y paradas, siguiendo la metodología GEMMA. Tabla 25. Posibles fallas del proceso de corte

FALLAS DE LA PARTE OPERATIVA FALLA FORMA DE

DETECTARLA ACCIÓN A REALIZAR SECUENCIA DE REARME

Parada de emergencia

El operario oprime el botón Stop.

Todos los accionadores se debe parar.

Una vez superada la situación, el operario debe oprimir un botón de continuar, para proseguir el proceso en el estado en que estaba.

109

Falla en alguno de los cilindro

Si transcurre demasiado tiempo y no se ha recibido la señal de que alguno de los cilindros llegó al final de carrera.

Detener el proceso. Dar aviso al operario a través de un testigo llamado falla en los cilindro.

El operario debe examinar todo los cilindros y los sensores de fin de carrera y una vez resuelto el problema debe oprimir el botón continuar. El proceso rearrancará en donde iba antes de la falla.

Falla en alguno de los dosificadores

Si transcurre demasiado tiempo antes de recibir una señal de que una pieza o un tubo llegó a su respectivo molde de inserción.

Detener el proceso. Dar aviso al operario a través de un testigo llamado falla en los dosificadores.

El operario debe revisar los dosificadores en busca de un atascamiento o una falla en las compuertas, una vez corregido el problema se debe poner manualmente la pieza o el tubo con problemas en su respectivo molde y oprimir el botón continuar. El proceso continuará en el paso de formación de los subensambles.

PARADA Y PUESTA EN MARCHA SOLICITUD ACCIÓN PUESTA EN MARCHA

Parada en estado inicial En el estado inicial la máquina debe estar en reposo.

Continuar en estado inicial, hasta que no se cumpla la condición de transición.

Parada al final del ciclo De por sí el proceso para cada vez que acaba de ensamblar un marco, hasta que el operario vuelva a oprimir el botón de abastecer.

Al terminar el ciclo vuelve al estado inicial (ya está estipulado en el ciclo de producción normal).

Parada en un estado determinado El autómata para en el estado en que el tiempo de secado se ha cumplido para que el operario retire el marco.

Cuando el operario oprime el botón continuar, el proceso continúa en el siguiente paso.

Reiniciación del ciclo (Reset) Cuando el operario oprime el botón de reset, todos los accionadores vuelven a su posición.

Para volver a iniciar el proceso, el operario debe presionar de nuevo el botón Start.

FUNCIONAMIENTO TIPO DE MARCHA FUNCIÓN

Producción normal Determina la secuencia que realiza la producción normal de la máquina, la cual se analizó con detalle en la Tabla 24.

Marcha de preparación. Determina las acciones previas a la producción normal. En este proceso la única marcha de preparación que se requiere es llenar las tolvas de los dosificadores con las piezas y los tubos indicadas.

Marcha de Cierre Determina las acciones de limpieza y/o mantenimiento que se deben llevar a cabo después de finalizar un ciclo o al cambiar algunas características del producto. Para este proceso no es necesaria ninguna marcha de cierre.

110

Marchas de verificación y Test Sirven para verificar el correcto funcionamiento de la secuencia de control y de los diferentes accionadores. En este trabajo de grado no se tendrán en cuenta estas marchas.

Una vez determinada la secuencia de producción normal y los modos de marchas y paradas, ya se puede crear un diagrama a modo de ejemplo, que ilustre cómo quedaría el panel de control. Figura 43. Panel de control para el ensamble del marco 4.2.4 Lista de instrumentación: Para tener todo el proceso definido, solo hace falta, especificar los elementos que se utilizarán en la implementación de la solución. A continuación se presenta una lista con los elementos que se podrían usar en un eventual montaje :

ABASTECER

START

STOP CONTINUAR RESET

FALLA EN CILINDROS DE

SUBENSAMBLES

FALLA EN LOS

DOSIFICADORES

FALLA EN CILINDROS DE

ENSAMBLE

MARCO LISTO

111

Tabla 26. Lista de instrumentación para el ensamblaje del marco.

ELEMENTO CANTIDAD FUNCIÓN CARACTERÍSTICAS Pulsador normalmente abierto sin retención

5 Interfaz con el operario, son los encargados de emitir la señal indicada por el operario.

CARACTERÍSTICAS ELÉC-TRICAS Potencia de conmutación (Máx.) 3W DC. Corriente de conmutación (Máx.) 100 mA DC. Vida operativa 1x105 Ciclos (24 VDC/100 mA - 3 ciclos por segundo) Resistencia de contacto < 100 m INICIAL < 150 FINAL de VIDA Resistencia de aislamiento 1000 V>3x103 Rigidez dieléctrica (50 Hz 1 Min.) > 1000 V Entre contactos abiertos Rebote contacto 3ms Velocidad de accionamiento 200 mm/seg. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Fuerza de actuación N=1,2 N + - 0,25 N Recorrido Max. 2,2 mm. Recorrido y fijación 2,2 / 1,5 mm.

Detector de proximidad óptico de tipo barrera de reflexión, compuesto de un emisor y un receptor en una sola caja y de un receptor.

18 Indicar si los cilindros ya llegaron al final de carrera.

Distancia de conmutación máxima: 2000 mm Tensión de conmutación: 10 hasta 30 Vcc Corriente de conmutación: 200 mA Distancias de funcionamiento: Reflector ø20mm: 40 hasta 400 mm Reflector ø40mm: 65 hasta 650 mm Reflector ø80mm: 200 hasta 2000 mm

Cilindro de doble efecto y un vástago.

9 Unir la diferentes partes del marco o los subensambles.

Diámetro del émbolo: 25mm Carreras estándar: 300mm Fuerza de avance (a 6 bar): 26,7 kp Presión de trabajo máxima admisible:10 bar

112

Compresor 1 Suministrar aire al

sistema con una presión predeterminada.

Empuje: Por correa. Potencia: 2 HP Tamaño del tanque: 8 gal Alimentación de energía: motor de inducción de 2 polos. CFM @100 PSI 8.4 CFM Velocidad de bombeo:1070 r.p.m. Longitud: 43 " Ancho: 18.25 " Altura: 23.5 " Peso: 172 lbs

Unidad de preparación del aire comprimido

1 Filtrar, regular y secar el aire comprimido.

Incluye secador de aire por adsorción con unidades de prefiltración y de filtración posterior, indicador de humedad y de presión diferencial. Conexiones: G1/4; G1/2 Punto de rocío bajo presión: - 40 °C (opcionalmente -70 °C) Temperaturas en la entrada: min. 5°C y máx.45°C

PLC Simatic S7-300 de Siemens CPU 312 IFM

1 (Se utilizará

el mismo que se usa

en la cortadora de tubos).

Controlar el proceso Memoria de programa en líneas/bytes: 2k/6Kbytes. Tiempo de proceso para 1024 líneas, binario: 0.6ms. Entradas y salidas digitales máximas: 128 Entradas y salidas análogas máximas: 32. Módulos de expansión máximo: 8 módulos. Número de contadores: 32 Número de temporizadores: 64 Fuente de alimentación integrada: 24 V DC Carga de la fuente de alimentación (suministrada): 120/230 V DC. Carga de la fuente de alimentación (24 VDC): 2,5,10 A.

Electroválvula de 4/3 vías. (4 conexiones controladas, 3 posi-ciones).

9 ( O se puede usar una estación multiválvula para simplificar el cableado y reducir el espacio

Regular el flujo de aire hacia el cilindro de doble efecto.

Conexiones:M5, M7, G1/8, G1/4 Tensiones de funcionamiento: 24 VDC, 110 VAC, 220 VAC Presión de funcionamiento: 2.5 hasta 10 bar, vacío

113

ciones). una estación multiválvula para simplificar el cableado y reducir el espacio ocupado.)

Mantener la posición del cilindro en caso de una parada de emergencia.

24 VDC, 110 VAC, 220 VAC Presión de funcionamiento: 2.5 hasta 10 bar, vacío Tamaño: ancho de 10 mm, Caudal 350 l/min. Consumo de potencia: 1W a 24 VDC.

4.2.5 Diagrama estandarizado del proceso (P&ID) Una vez se tiene el proceso definido en su totalidad, se puede proceder a realizar un diagrama de instrumentos estandarizado según la norma ISA S5. El diagrama se encuentra en el anexo 5. 4.2.6 Programación del autómata Finalmente, se presenta en el anexo 6, el programa en lenguaje GrafCet para controlar el proceso de abastecimiento y ensamble de las partes del marco, siguiendo la metodología GEMMA. El software escogido para realizar este programa, al igual que para el programa de corte de tubos fue ISAGRAF. A continuación se presenta una figura con el esquema organizativo del programa. Figura 44. Esquema jerárquico del programa para el abastecimiento y ensamble de las partes del marco de la bicicleta.

Como se puede apreciar, hay un programa principal llamado GEMMA que es el encargado de llamar al proceso de producción normal y de congelarlo o abortarlo en caso de que una falla ocurra o que el operario así lo decida y continuarlo cuando la falla se haya arreglado o cuando el operario de la orden. En caso de no haber anomalías durante el proceso el programa ejecuta el proceso de producción normal y cuando lo termina vuelve al estado inicial. El programa de producción normal (ProdNorm), que es un hijo del programa GEMMA es el encargado de abrir y cerrar las compuertas del dosificador,

114

abastecer de piezas a la zona del ensamble, formar los subensambles, unirlos y esperar el tiempo de secado. Una vez se ha cumplido el tiempo de secado se da aviso al operario que el marco está listo para que este lo retire y oprima continuar para devolver el proceso a su posición inicial.

115

5. CONCLUSIONES

¾�Se demostró que la bicicleta plegable es un excelente medio alternativo de

transporte y que está en el momento idóneo para ser lanzada al mercado.

¾�Se logró crear un producto innovador con múltiple ventajas competitivas y barreras de entrada, a un costo moderado.

¾�Se presenta al inversionista una tentadora oferta, pues la inversión inicial es

baja, el riesgo es mínimo y el retorno a la inversión es alto.

¾�Se deben mejorar las condiciones de seguridad al ciclista para aumentar significativamente el número de compradores potenciales.

¾�Para que el pegante soporte las cargas a las que está sometida la bicicleta

es importantísimo asegurar que el juego entre las partes a unir sea menor a 0.2 mm y no 0.4 mm como sugiere LOCTITE..

¾�Aunque el pegante surge como una alternativa muy interesante para

ensamblar el marco, el aseguramiento de la calidad se dificulta pues solo se puede hacer con pruebas destructivas, lo que puede poner en riesgo la viabilidad económica de la solución.

¾�Para incrementar el factor de seguridad de la bicicleta se recomienda usar

otra aleación de aluminio más resistente que la 1100.

¾�Se consiguió sugerir buenas alternativas para la automatización de los procesos. Se describieron con detalle las secuencias de automatización, las posibles fallas, la forma de solucionarlas y seguir con la producción normal.

¾�Se presentaron la lista de instrumentos y planos detallados para una

posible implementación en el futuro.

¾�Se programaron y simularon con total éxito las secuencias de automatización en IsaGraf para el PLC siguiendo la metodología GEMMA.

¾�Para la demanda estimada inicialmente, no se justifica implementar la

automatización de la planta de las bicicletas plegables. Sin embargo en un mediano plazo, a medida que la demanda crezca es muy recomendable automatizar la fábrica pues los costos se reducirían drásticamente, a la vez

116

que la velocidad de producción y la calidad incrementarían de manera notoria.

¾�A criterio del autor, no solo se cumplieron los objetivos planteados

inicialmente sino que se superaron ampliamente, dando como resultado un trabajo bastante completo y que sienta un precedente dentro de los proyectos de grado en Ingeniería, pues a diferencia de los demás, éste sitúa el desarrollo ingenieríl en un contexto administrativo, que genera la posibilidad de crear una nueva empresa que brinde empleo y prosperidad a la nación.

117

BIBLIOGRAFÍA

Murtinho Espinosa, Felipe. Los problemas del uso de la bicicleta en Bogotá como medio alternativo de transporte. Universidad de los Andes. Bogotá, 2001; p. 10-11. Instituto de Desarrollo Urbano. Plan maestro de ciclorrutas. Bogotá 1999. P. 16. GROOVER, Mikell P. Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas. 1° Ed. Mexico: Ed. Prentice Hall, 1997. KRICK V., Edward. Fundamentos de ingeniería: métodos, conceptos y resultados. 1° Ed. Easton, Pensilvania: Ed. Limusa, 1979. LOCTITE WorldWide Design Handbook. RETAINING CYLINDRICAL METAL ASSEMBLIES http://www.loctite.co.uk/wwdh/us/i115ch07.htm COURTNEY Thomas H, “Mechanical Behavior of Materials”. 2° Ed. Pp 17-19. Mc GrawHill. 2000. ZUBIA Loiola, Iban. Curso Virtual Básico de Autómatas Programables. http://www.grupo-aser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/index.htm *Programa Caja de Cristal [Cinta de Video]. Referencia: Bicicletas. Duración 25 minutos. Inravisión. Señal Colombia. 1998. MEIXNER H, SAUBER E., Introducción a la electroneumática (Manual de Estudio), Festo Didactic, 1990. Pp 240. SIEMENS, Tutorial de programación en Simatic S7, Versión 22/01/2002. Pp 154. ICONTEC, NTC 3637 “Bicicletas, Ensamble marco-tenedor”, 1994. CASTAÑEDA O. Bleriot, Diseño de una célula flexible de ensamblaje y montaje del puesto de inserción”, Universidad de los Andes, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. 1999.

FLUJO DE CAJAFLUJO DE CAJA

PLEGO

Necesidades de Capital de Trabajo

AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5

Fuentes de Capital de Trabajo

Proveedores 6.604.333 8.400.712 9.795.230 10.902.091 11.671.779

Total Ftes. de Capital de Trabajo 6.604.333 8.400.712 9.795.230 10.902.091 11.671.779

Usos de Capital de Trabajo

Ctas x co. 17.958.333 22.843.000 26.634.938 29.644.686 31.737.601

Inventarios 4.402.889 5.600.475 6.530.153 7.268.061 7.781.186

Total Usos de Capital de Trabajo 22.361.222 28.443.475 33.165.091 36.912.747 39.518.787

Necesidades de Capital de Trabajo -15.756.889 -20.042.763 -23.369.861 -26.010.656 -27.847.008

Incrementos en el Capital de Trabajo -15.756.889 -4.285.874 -3.327.099 -2.640.794 -1.836.352

FLUJO DE CAJA

GENERACION OPERACIONAL DE CAJA AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5

Utilidad Operacional 52.133.500 65.654.280 76.929.746 85.822.541 91.923.955

Depreciación 2.354.000 2.495.240 2.644.954 2.803.652 2.971.871

Pago de Impuestos del periodo ant. 0 17.198.798 22.386.890 25.372.288 27.490.425

Incrementos en el Capital de Trabajo -15.756.889 -4.285.874 -3.327.099 -2.640.794 -1.836.352

TOTAL GENERACION OPERACIONAL 38.730.611 46.664.848 53.860.712 60.613.110 65.569.049

FUENTES NO OPERACIONALES

Nuevas capitalizaciones 1.500.000 0 0 0 0

Nueva Deuda 17.400.394 0 0 0 0

Total Fuentes No Operacionales 18.900.394 0 0 0 0

USOS NO OPERACIONALES

Gastos Financieros 3.393.077 0 0 0 0

Inversiones en activos fijos 7.200.000 0 0 6.852.836 0

Amortización deuda 17.400.394 0 0 0 0

Total Usos No Operacionales 27.993.471 0 0 6.852.836 0

TOTAL GENERACIÓN NO OPERACIONAL -9.093.077 0 0 -6.852.836 0

SUPERÁVIT (DÉFICIT) DE CAJA 29.637.534 46.664.848 53.860.712 53.760.274 65.569.049

SUPERÁVIT (DÉFICIT) ACUMULADO 29.637.534 76.302.382 130.163.094 183.923.368 249.492.417

Tasa de descuento: 35%

VPN 100.258.139

VPN CON VALOR TERMINAL 100.258.139

TIR -18900000 29.637.534 46.664.848 53.860.712 53.760.274 65.569.049

TIR 191%

TIR CON VALOR TERMINAL -18900000 29637534,28 46664848,11 53860711,84 53760273,82

TIR VALOR TERMINAL 188%

VPN 3 AÑOS 69.449.845

TIR 3 AÑOS -18.900.000 29.637.534 46.664.848 53.860.712

TIR 3 AÑOS 181%

Página 1

FLUJO DE CAJA

FLUJO DE CAJA

0

20.000.000

40.000.000

60.000.000

80.000.000

1 2 3 4 5

AÑO

PE

SO

S

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