Este documento describe los sistemas de manufactura flexible (FMS). Un FMS consiste en estaciones de trabajo automatizadas interconectadas por un sistema de carga, almacenamiento y descarga. Es flexible porque puede procesar varios productos en cantidades ajustables en respuesta a la demanda. Un FMS se clasifica según el número de máquinas y su nivel de flexibilidad. Incluye estaciones de trabajo, un sistema de manejo de materiales y control computarizado. Ofrece beneficios como mayor utilización de máquinas y menor inventario.

1. Ch. 16 Sistemas de
Manufactura Flexible (FMS)

2. ¿Qué es un FMS?
 Es una celda altamente automatizada de
Tecnología de Grupos, que consiste de un
grupo de estaciones de trabajo de procesos,
interconectadas por un sistema automático de
carga, almacenamiento y descarga de
materiales.
 Flexible porque es capaz de procesar varios
productos y cantidades de producción que
pueden ser ajustadas en respuesta a los
comportamientos de la demanda

3. ¿Qué es un FMS?
 Rangos de automatización relativos a
producción :
 Se encuentra en el nivel medio
Variedad del Bajo
Producto Medio
Alto
1 100 10 000 1 000 000
Cantidad de Producción

4. ¿Por qué flexible?
1. Habilidad para identificar y distinguir entre
las diferentes partes o productos procesados
por el sistema.
2. Rápido cambio de las intrucciones de
operación
3. Rápido cambio de la configuración física
“ La flexibilidad es un atributo que aplica a los
sistemas manuales y automatizados”

5. Ejemplo
 No es por
lotes
 Ej.
Embotelladora

6. ¿Cuándo es flexible?
1. Prueba de variedad de partes. ¿Puede el
partes
sistema procesar diferentes productos en un modo
de no-lote?
2. Prueba de cambio de progamación. ¿Puede
progamación
el sistema aceptar cambios en la programación de
la producción?
3. Prueba de recuperación de errores. ¿Puede
errores
el sistema recuperarse de fallas y daños, mientras
la producción no es detenida por completo?
4. Prueba de nuevas partes. ¿Pueden nuevos
partes
diseños ser introducidos a los existentes con
relativa facilidad?

7. Clasificación de FMS
1. Número de máquinas
• Celda de máquina sencilla (SMC  1 )
• Celda de manufactura flexible (FMC 2,3)
• Sistema de manufactura flexible (FMS4 …)
1. Nivel de flexibilidad (FMC, FMS)
• FMS dedicado
• FMS de orden aleatorio

8. Clasif en base Número de
máquinas
1. Celda de una sóla máquina (SMC). Consiste
en una máquina de CN combinada con un sistema de
almacenamiento de partes para operaciones sin antender Figura 16.2

9. Clasif en base Número de
máquinas
2. Celda de manufactura flexible (FMC) .
Consiste de dos o tres estaciones de trabajo además de una
parte de sistema de manejo. Figura 16.3

10. Clasif en base Número de
máquinas
3. Sistema de manufactura flexible
(FMS) . Tiene cuatro o más estaciones de proceso
conectadas mecánicamente por un mismo sistema de
manejo y electrónicamente por sistema computacional
distribuido. Figura 16.4

11. Clasif en base Nivel de
flexibilidad
- FMS dedicado. Diseñado para
producir una variedad limitada de
estilos de partes y la cantidad de
piezas
- También se le denomina sistema de
manufactura especial o transferencia
de línea flexible

12. Clasif en base Nivel de
flexibilidad
 FMS de orden aleatorio. Es más
apropiado cuando la familia es muy
grande y hay variaciones substanciales
en las configuraciones de partes. Habrá
nuevos diseños de partes introducidos
al sistema y cambios ingenieriles en las
partes cuando se producen y la
programación de la producción está
sujeta a cabmios diarios

13. Componentes de FMS
1. Estaciones de trabajo
2. Sistema de almacenamiento y manejo
de materiales
3. Sistemas de control computarizado
4. Recursos humanos

14. Estaciones de trabajo
 Estaciones Carga/Descarga. La carga y
Carga/Descarga
descarga se puede llevar a cabo
manualmente, con procesos automatizados o
una combinación de ambas. Seguridad.
 Estaciones de maquinado. Utilizan máquina
maquinado
de Control Numérico. Se emplean para
partes rotacionales y no rotacionales.
 Otras estaciones de proceso. FMS se aplica
proceso
a otras operaciones además del maquinado
por ejemplo la fabricación de hojas de metal,
que consiste en punching, shearing, bending,
etc.

15. Estaciones de trabajo
 Ensamblado. Algunos FMS son diseñados
Ensamblado
para llevar a cabo operaciones de ensamble,
generalmente son robots programados para
realizar varias tareas en secuencia y
movimientos para acomodar diferentes
productos.
 Otras estaciones y equipo. La inspección
equipo
puede ser incorporada al FMS, así como
limpieza de piezas, arreglo de tarimas,
sistemas centrales de refrigeración, etc.

16. Sistema de almacenamiento y
manejo de materiales
 Funciones del sistema de manejo:
 Movimiento independiente de piezas entre
estaciones o máquinas.
 Manejar una variedad de configuraciones de
piezas
 Almacenamiento temporal
 Acceso conveniente para carga y descarga de
piezas
 Compatibilidad con el control computacional

17. Sistema de almacenamiento y
manejo de materiales
 Equipo de manejo de
materiales :
 Sistema Primario. Es el
responsable de mover las
piezas o partes entre las
estaciones del sistema.
 Sistema Secundario.
Consiste en dispositivos de
transferencia, cambiadores
de tarimas automáticos , y
mecanismos similares Bandas transportadores, vehículos
localizados en las estaciones guíados por rieles, robots. Cap 11
del FMS. (Imagen)

18. Sistema de almacenamiento y
manejo de materiales
 Configuraciones
del layout de FMS
1. Distribución en
línea. Máquinas y
el
almacenamiento
en línea.

19. Sistema de almacenamiento y
manejo de materiales
 Configuracione
s del layout de
FMS
2. Distribución
Circulatoria
(o Rectangular)

20. Sistema de almacenamiento y
manejo de materiales
 Configuracione
s del layout de
FMS
3. Distribución
tipo Escalera

21. Sistema de almacenamiento y
manejo de materiales
 Configuraciones
del layout de
FMS
4. Distribución
Campo abierto
5. Distribución
Robot al centro

22. Sistemas de control
computarizado
Un sistema de manufactura flexible incluye
un sistema de distribución computarizado que
es la interfase entre las estaciones de trabajo,
manejo de materiales y otros componentes.
Normalmente consisten de una computadora
central y microcomputadoras que controlan
las máquinas individuales.

23. Categorías de sistemas de
control computarizado
 Estaciones de control: las estaciones
de proceso o ensamble generalmente
operan bajo alguna forma de control
computarizado.
 Distribución de las instrucciones de
control en las estaciones de trabajo: es
el centro de inteligencia que se encarga
de coordinar las estaciones
individuales.

24.  Control de produccion: se encarga de
diseñar la ruta del proceso y proveer las
instrucciones de operación.
 Control de trafico: administra el manejo
de los principales materiales entre las
diversas estaciones.
 Shuttle control: administra el manejo de
los materiales secundarios entre las
estaciones.

25.  Monitoreo de piezas: la computadora
monitorea el status de cada carga de
materiales o piezas.
 Control de herramientas: administra la
ubicación de las herramientas, asi como
su mantenimiento y estado.
 Monitoreo de desempeño: la computadora
se programa para colectar datos de
operación y hacer reportes periodicos.

26. Recursos humanos
Actividades típicamente desarrolladas por
humanos:
 Carga de materias primas al sistema.
 Descarga de piezas terminadas.
 Cambio y ajuste de herramientas.
 Mantenimiento y reparación de herramientas.
 Programar los sistemas de maquinado y
computadoras.
 Administrar el sistema en general.

27. Aplicaciones de los sistemas
flexibles de manufactura
 Históricamente la mayoría de las aplicaciones
han sido de esmerilado y taladrado, en partes
no rotacionales, usando control numérico.
 Ejemplo: el termino sistema de fabricación
flexibles a veces es usado en conexión con
sistemas con prensas de laminado. Un
ejemplo es el de la siguiente figura. Donde el
sistema esta diseñado para descargar las
láminas del sistema de almacenamiento
automático, moverlas través de los rieles a la
prensa y mover las piezas terminadas al la
maquina de almacenamiento.

28. Sistema de fabricación flexible

29. Beneficios
 Incremento de la utilización de las maquinas.
 Menor cantidad de maquinas requeridas.
 Reducción de espacio de área de maquinas
requerido.
 Gran respuesta ante los cambios.
 Reducción de inventarios.
 Menores tiempos de entrega.
 Reduce la cantidad de gente en planta.
 Oportunidad de desatender la producción.

30. Consideraciones para el
diseño
 Familia de partes.
 Requerimientos del proceso.
 Características de las piezas a trabajar.
 Volumen de la producción.

31. Factores a especificar en el
diseño
 Tipos de estaciones de trabajo.
 Variaciones en la ruta del proceso.
 Sistema de manejo de materiales.
 Capacidad de almacén.
 Herramientas.
 Dispositivos de almacén.

32. Problemas a resolver para
optimizar la producción
 Programar la producción.
 Cargar la maquina.
 Ruta de las partes.
 Agrupación de partes.
 Administración de las herramientas..
 Ubicación de dispositivos de almacén.

33. Medidas de Desempeño del Sistema
 Existen importantes medidas para determinar el desempeño de
los FMS las cuales incluyen la tasa de producción de todas las
partes, la tasa de producción de cada estilo de partes, la
utilización de diferentes estaciones de trabajo y el número de
los servidores ocupados en cada estación.
 Estas medidas pueden ser calculadas asumiendo que el FMS
produce a su máxima tasa posible.

34.  Tasa de producción de todas las partes:
Rp* = s* / WL*
Donde Rp* = tasa de producción máxima de todos los estilos de partes
producidos por el sistema, el cual es determinado por la capacidad de
la estación cuello de botella (pza/min), s* = número de servidores en el
cuello de botella, y WL* = carga de trabajo en la estación cuello de
botella (min/pza).
 Tasa de producción de partes individuales: se obtienen
multiplicando el Rp* por su respectiva radio de partes:
Rpj* = pj(Rp*)
Donde Rpj* = la tasa de producción máxima del estilo j de partes
(pza/min), y pj = la fracción de partes del estilo j.

35.  Utilización: es la proporción de tiempo que los servidores
están trabajando y no de ocio. Esto es:
Ui = (WLi / si)(Rp*)
Donde Ui = la utilización de la estación, WLi = carga de trabajo de la
estación i (min/pza), si = número de servidores en la estación i, Rp* =
tasa de producción total (pza/min).
 Para calcular el promedio de utilización de las estaciones se
incluyen todas las estaciones mas el sistema de transporte;
esto es:
Ū = (∑Ui) / (n+1), desde i = 1 hasta n+1.
 Utilización total del FMS
Ūs = (∑siUi) / (∑si), desde i = 1 hasta n.
Donde Ūs = utilización total del FMS, si = número de servidores en la
estación i, y Ui = utilización de la estación i.

36.  El número de servidores ocupados en cada estación es:
BSi = WLi (Rp*)
Donde BSi = número de servidores ocupados en promedio en la
estación i, WLi = carga de trabajo en la estación i.
 EJEMPLO 16.7
 Un sistema flexible de maquinado consiste de 2 estaciones de
maquinado y una estación de carga y descarga. La estación 1 es la de
carga y descarga. La estación 2 realiza operaciones de molido y
consiste de dos servidores. La estación 3 tiene un servidor que realiza
operaciones de taladro. Las estaciones están conectadas por un
sistema de transporte de 4 cargadores. La media del transporte es de 3
min. Este sistema produce 2 partes, A y B. Las fracciones de la
mezcla y las rutas de proceso para las dos partes se presentan en la
tabla. La frecuencia de operaciones fijk = 1.0 para todas las
operaciones. Determinar: la tasa máxima de producción del FMS, las
tasas de producción para cada producto, la utilización de cada estación
y el número de servidores ocupados en cada estación.

37. Parte Fracción Operación Descripción Estación Tiempo de
proceso
(min)
A 0.4 1 Carga 1 4
2 Molino 2 30
3 Taladro 3 10
4 Descarga 1 2
B 0.6 1 Carga 1 4
2 Molino 2 40
3 Taladro 3 15
4 Descarga 1 2
Solución:
a) WL1 = (4+2)(0.4)(1.0) + (4+2)(0.6)(1.0) = 6.0 min
WL2 = 30(0.4)(1.0) + (40)(0.6)(1.0) = 36.0 min
WL3 = 10(0.4)(1.0) + 15(0.6)(1.0) = 13.0 min
WL4 = 3(3.0)(0.4)(1) + 3(3.0)(0.6)(1.0) = 9.0 min

38.  La estación cuello de botella se obtiene identificando el mayor cociente
del WLi / si:
WL1/s1 = 6.0/1 = 6.0 min
WL2/s2 = 36.0/2 = 18.0 min
WL3/s3 = 13.0/1 = 13.0 min
WL4/s4 = 9.0/4 = 9.0/4 = 2.25 min
 Cuello de botella: Estación 2, la cual determina la máxima producción
del sistema.
Rp* = 2/36.0 = 0.0555 pza/min = 3.333 pza/hr
b) Producción para cada producto:
RpA* = 3.333(0.4) = 1.333 pza/hr
RpB* = 3.333(0.6) = 2.0 pza/hr
c) Utilización:
U1 = (6/1)(0.0555) = 0.333 (33.3%)
U2 = (36/2)(0.0555) = 1 (100%)
U3 = (13/1)(0.0555) = 0.722 (72.2%)
U4 = (9/4)(0.0555) = 0.125 (12.5%)

39. d) Servidores ocupados por cada estación:
BS1 = 6 (0.0555) = .0333
BS2 = 36 (0.0555) = 2.0
BS3 = 13 (0.0555) = 0.722
BS4 = 9 (0.0555) = 0.50

40. Modelo del cuello de botella extendido
 Asume que esta estación es utilizada un 100% y que no hay
retrasos en el sistema.
 Desarrollado por Mejabi, el cual asume una cadena cerrada de
colas donde siempre hay un cierto número de piezas en el
FMS; en el cual N es igual al número de partes en el sistema.
 Sea WIP igual a N, y MLT la suma de tiempos de
procesamiento en las estaciones de trabajo, tiempos de
transporte entre estaciones y cualquier tiempo de espera
experimentado por las partes en el sistema, se puede expresar
el MLT como:
MLT = ∑WLi +WL n+1 + Tw, desde i = 1 hasta n;
Donde ∑WLi = suma de las cargas de trabajo promedio en las
estaciones del FMS (min), WLn+1= carga de trabajo de la parte que
entra al sistema (min), y Tw = media del tiempo de espera que
experimentan por parte en las colas de las estaciones (min).

41.  Se tienen dos alternativas que tienen que ser ajustadas dentro
de este modelo: cuando N es grande y cuando N es pequeño.
Para esto, Mejabi desarrolló Little’s formula de las colas; la cual
es:
N = Rp(MLT)
Donde N = número de partes en el sistema (pza), Rp = tasa de
producción del sistema (pza/min), y MLT = tiempo de manufactura
(min).

42. Caso 1:
Cuando N es pequeño, la tasa de producción es menor en el
caso del cuello de botella porque esta estación no es totalmente
utilizada. El tiempo de espera Tw de cada unidad es
teóricamente, cero:
MLT1 = ∑WLi + WLn+1
La tasa de producción es:
Rp = N / (MLT1)
Y las tasas de producción para las partes individuales es:
Rpj = pjRp
Por último,
Tw = 0.

43. Caso 2:
Cuando N es grande, el estimado de tasa de producción
máxima es:
Rp* = s* / WL*
Donde el * denota que la tasa de producción es afectada por la
estación cuello de botella. La tasa de producción de los
productos individuales es:
Rpj* = pjRp*
El promedio de tiempo de manufactura es:
MLT2 = N/Rp*
El tiempo medio de espera que una parte tarda en el sistema es:
Tw = MLT2 – (∑WLi + WLn+1), desde i = 1 hasta n.

44. La decisión de utilizar el caso 1 o el caso 2 depende del valor
de N, el cual se determina por medio de un valor crítico, dado
por:
N* = Rp* (∑WLi + WLi+1) = Rp*(MLT1)
Donde N*= valor crítico de N, que divide el usar el caso del
cuello de botella o no usarlo.
 EJEMPLO 16.10:
Con los datos del ejemplo 16.7 calcular la tasa de producción, el
tiempo de manufactura y el tiempo de espera para N = 2, N = 3 y N
= 4.
Datos:
Rp* = 0.05555 pza/min.
MLT1 = 6.0 + 36.0 + 13.0 + 9.0 = 64.0 min
Con esto, se obtiene el valor crítico de N:
N* = 0.05555(64.0) = 3.555

45. a) N = 2 es menor que N*, por lo que se aplica el caso 1:
MLT1 = 64.0
Rp = N / MLT1 = 2 / 64 = 0.03125 pza/min =1.875 pza/hr
Tw = 0
b) N = 3 < N*. Se aplica el caso 1.
MLT1 = 64.0
Rp = 3 / 64 = 0.0469 pza / min = 2.813 pza / hr
Tw = 0
c) N = 4 > N*. Se aplica el caso 2.
Rp* = s* / WL* = 0.05555 pza / min = 3.33 pza / hr
MLT2 = 4 / 0.05555 = 72 min
Tw = 72.0 – 64.0 = 8.0 min

46.  Mejabi desarrolló el factor de suficiencia para asesorar las
diferencias entre el modelo del cuello de botella extendido y el
CAN-Q. Este es:
AF = N / (Ū∑Si), desde i = 1 hasta n+1
Midiendo el FMS
 El modelo de cuello de botella puede ser utilizado para calcular
el número de servidores requeridos en cada estación.
 Dadas las cargas de trabajo, el número de servidores de cada
estación i es determinado por:
si = entero mínimo >= Rp(WLi)
donde si = número de servidores en la estación i, Rp = tasa de
producción específica de todas las partes a ser producidas por el
sistema (pza / min), y WLi = carga de trabajo en la estación i (min).

47.  EJEMPLO 16.11
Determinar cuantos servidores en cada estación son requeridos para
desarrollar una producción anual de 60,000 pza/año, suponiendo que
el FMS trabaja 24 hr/dia, 5 dia/semana y 50 semana/año, si se tiene
que WL1 = 6 min, WL2 = 19 min, WL3 = 14.4 min, WL4 = 4 min, WL5 =
10.06min y un 95% de disponibilidad del FMS.
Horas trabajadas por año = 24 * 5 * 50 = 6000 hr / año
Rp = 60,000/ (6000*0.95) = 10.526 pz/hr = 0.1754 pza/min
s1 = 0.1754 * 6.0 = 1.053  2 servidores
s2 = 0.1754 * 19.0 = 3.333  4 servidores
s3 = 0.1754 * 14.4 = 2.526  3 servidores
s4 = 0.1754 * 4.0 = 0.702  1 servidor
s5 = 0.1754 * 10.06 = 1.765  2 servidores