capitulo10

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Sistemas para el transporte de material Daniela Perez 774958 José Alberto González 636399 CAPITULO 10

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El equipo para el manejo de material se clasifica en cinco categorías, las cuales son: Carretillas industriales Vehículos guiados automáticamente AGVS Monorieles y vehículos guiados por rieles Sistemas transportadores (Conveyors) Grúas y polipastos

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Carretillas industriales No motrices Son las carretillas que son empujadas o jaladas por los trabajadores. La cantidad de material movido y la distancia del viaje son pequeñas. Las carretillas son clasificadas como: De dos ruedas.- Son fácil de manipular por el trabajador, pero están limitadas a cargas ligeras. De múltiples ruedas.- Son para cargas un poco más pesadas, pero más complicadas en su manejo.

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Carretilla de dos ruedas. Carretillas de múltiples ruedas. Remolque Carretilla (Pallet truck)

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Motrices Cuentan con algún tipo de motor que los impulsa y solamente son guidos por el trabajador, sin ningún esfuerzo mayor. Tres son los tipos más comúnes: Carretillas Montacargas Trailes

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Carretilla Son vehículos accionados por batería y están equipados con cuchillas. Las cuchillas se insertan en las tarimas. La carretilla es guida por el trabajador por medio de un dispositivo manual el cual está al frente del vehículo. La velocidad está limitada a 5 km/hr.

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Montacargas Tienen una cabina en donde el operador maneja las actividades que puede realizar el montacargas. La capacidad de carga va desde los 450 kg hasta más de 4,500 kg. Pueden colocar el material a diferentes alturas. Su fuente de energía son principalmente motores de gasolina, gas natural, diesel o motores eléctricos.

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Trailer Están diseñados para jalar uno o más remolques a través de la planta siempre y cuando el camino sea accesible. Utilizados generalmente para mover gran cantidad de material y para la distribución del mismo en las diferentes áreas de la planta. Los viajes son generalmente largos. Son accionados por motores eléctricos o de gasolina. Son los típicos trailers que se utilizan en los aeropuertos para el movimiento del equipaje.

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2. Sistema de vehículos guiados automaticamente AGVS Es un sistema independiente en cuanto a su operación y es guiado a través de un camino definido, el cual no está obstruido. Es accionado por medio de baterías que rinden de 8 – 16 hrs. Se utiliza principalmente cuando la producción es por lote. Tipos de AGVS Tren Carretilla guiada automáticamente Vehículo guiado automáticamente para carga unitaria

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Tren Consiste de un vehículo que jala una o más vagones hasta formar una especie de tren. Fue el primer AGV y sigue siendo el más utilizado. Sirve para cargas pesadas y trayectos largos, además puede hacer paradas intermedias antes de llegar a su destino final.

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b) Carretilla guiada automáticamente Utilizadas para mover las tarimas, las cuales son colocadas en la parte trasera por el trabajador, quien despues programa al vehículo para que siga una ruta definida. Un reciente modelo puede almacenar información de movimientos verticales para colocar las tarimas a diferentes alturas.

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c) Vehículo guiado automáticamente para carga unitaria Son usados par mover la carga unitaria desde un destino a otro. Tienen un equipo automático para cargar y descargar el material, como rodillos, bandas, plataformas mecanizadas, etc. AGVS para carga ligera (250 kg o menos) AGVS en línea de ensamble

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* Tecnologías utilizadas para la guía del vehículo Guía por medio de cables enterrados Consiste de cables eléctricos que son colocados en un pequeño canal por debajo de la superficie del suelo. Las dimensiones del canal son 3-12 mm de ancho por 13-26 mm de profundidad. El cable guía es conectado a un generador el cual induce un campo magnético a lo largo del camino trazado, así el vehículo lo puede seguir gracias al sensor con el que cuenta.

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2. Líneas que marcan la ruta Una línea es utilizada para indicar el camino a seguir por el vehículo. Esta puede ser dibujada o pegada sobre el pavimento y el vehículo la detecta por medio de un sensor óptico. 3. Vehículos auto-guiados Es la tecnología más moderna, ya que operan sin la necesidad de un camino fijo predeterminado. Cuentan con una computadora abordo y distintos sensores. Puede ser programado para que siga distintas rutas y sólo necesita de señales que se colocan a través de la planta (códigos de barras, cintas magnéticas, etc).

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Consideraciones para el uso de AGVS 1. Control del tráfico * Sensores en el vehículo * Zona controlada 2. Disposición del vehículo * Panel de control en cada vehículo * Llamada desde las estaciones * Control central computarizado 3. Seguridad

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3. Monorieles y vehículos guiados por rieles Consiste de vehículos motorizados que son guiados a través de un sistema de rieles fijos. Los rieles se encuentran por lo general a gran altura, suspendidos del techo. Los vehículos guiados por estos rieles toman su energía de los mismos rieles, ya que estos se encuentran electrificados.

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4. Sistemas transportadores Son utilizados cuando se debe de transportar material en grandes cantidades entre una locación a otra, las cuales nunca cambian. Motrices Cadenas, bandas, rodillos, entre otros. No motrices El material es movido por el trabajador, quien empuja la carga a través del camino fijado.

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Transportadores de Rodillos y ruedas

Banda transportadora Cart on track. : 

Banda transportadora Cart on track. Consiste en un carro individual montado sobre rieles, situados a pocos pies del piso. Para lograr el movimiento del carro existe un drive wheel que esta adherido al carrito y se coloca con cierto ángulo con respecto al tubo giratorio que se encuentra en la parte inferior del carro lo cual desplaza el carro hacia delante; la velocidad del carro se controla mediante el ángulo en el que se encuentra el drive wheel. Este tipo de deslizamiento tiene como ventaja que cuenta con mucha presicion en la posición. Es utilizado en ensambles mecánicos y líneas de soldado en la industria automotriz

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Banda transportadora de tornillo Esta basada en el tornillo de Arquimides el cual se utilizaba para llevar agua a los campos de riego consiste de un largo tornillo rotatorio dentro de un cilindro. Sistema basado en vibración Utiliza un riel plano conectado a un electromagneto que imparte un movimiento vibratorio angular a el riel para propulsar objetos a una dirección deseada.

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Transportador vertical Incluye elevadores mecánicos diseñados para proveer movimiento vertical, ya sea entre dos pisos o para conectar transportadores que están en el piso con transportadores que están en el techo

Sistemas de bandas transportadoras : 

Sistemas de bandas transportadoras Se dividen en dos tipos básicos en términos de características del movimiento de los materiales transportados por el sistema: Continuo: Transportan a una velocidad constante lo largo de la banda. Ejemplo: cinturón, rolado, skate wheel, overhead trolley,y slat conveyor. Asincrónico : Operan con un alto y un siga, se mueve entre estaciones en donde se detiene para después ser liberado. Permite movimientos independientes de cada transportador . Ejemplo: overhead power-and-free trolley,in-floor towline, and cart-on-track conveyor.

Razones para utilizar bandas asincrónicas: 

Razones para utilizar bandas asincrónicas Para acumular artículos Almacenaje temporal Para permitir la diferencia en las tasas de producción de las diferentes estaciones. Para producción suave (smooth) cuando el tiempo de ciclo varia en las estaciones a lo largo de la banda. Para utilizar diferentes velocidades.

También se pueden clasificar como:: 

También se pueden clasificar como: * Una sola dirección: Se usa para transportar de un punto de origen a un punto destinado. Es apropiado cuando el objeto no tiene que regresar. Ejemplo: roller, skate wheel, cinturón y chain-in-floor, aquí se incluyen todos los transportadores por gravedad. * Ciclo continuo: Forma un circuito. Permite que el objeto se mueva indistintamente entre dos estaciones. Este puede ser con cualquier tipo de transportador, incluyendo aquellos mencionados en los de una sola dirección ya que se puede formar un circuito poniendo varios consecutivamente. Pero no se puede regresar y hay una estación de carga y una de descarga y el circuito es solo para regresar el contenedor vació. * Recirculatorio: Este es como el continuo pero si se permiten regresos y el objeto puede ser bajado en cualquier estación.

5. Polipastos (Hoist): 

5. Polipastos (Hoist) Es un elemento mecánico que puede ser utilizado para bajar o levantar objetos. Este de compone de uno o mas arreglos de poleas y sogas, cables o cadenas entre las poleas. El número de poleas determina las ventajas mecánicas de este. La fuerza aplicada puede ser manual, eléctricamente o por motor neumático.

Grúas: 

Grúas Diseñadas para levantar y mover cargas pesadas utilizando una o mas over head viga TRES PRINCIPALES TIPOS DE GRUAS QUE SE ENCUENTRAN EN LAS FABRICAS * Grúas de puente : Rieles montados en paredes opuestas que simulan un puente, provee cobertura tridimensional y normalmente utiliza monorrieles. * Grúas granty : Similar a la grúa de puente solo que tiene dos o mas patas verticales que se soportan en el suelo, ocupa áreas más pequeñas que una grúa de puente y se puede mover a través del área de trabajo. Granty doble : tiene dos patas Medio granty : tiene una sola pata en un extremo y el otro se sostiene mediante un riel recargado en la pared u otra estructura Cantrilever granty: Se identifica porque el puente se extiende más allá del área ocupada por la pierna que soporta. * Grúas Jib: Opera como un brazo en el área de trabajo, su brazo puede rotar 360 grados y puede estar montado a la pared o al piso. La grúa puede moverse a través del brazo para cubrir una mayor área.

Análisis de Sistema de Transporte de Material: 

Análisis de Sistema de Transporte de Material La técnica de graficar es de gran ayuda para visualizar el movimiento de materiales y modelos cuantitativos ayudan a analizar la tasa de flujo de materiales, los ciclos de tiempos de entrega y otros aspectos de desempeño. Gráfica DE-A En esta gráfica la columna del lado izquierdo indica los puntos de origen( estaciones de carga) y la fila superior muestra los puntos de destino (estaciones de descarga), La gráfica se organiza para ambas direcciones. Esta puede representar varios parámetros, incluyendo número de envíos o tasas de flujo entre las estaciones y distancia recorrida.

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El Diagrama de flujo Indica el movimiento del material, su origen y destino los cuales son representados por nodos y el flujo se representa mediante flechas entre los puntos, los nodos representan los departamentos de producción.

* Análisis de Sistemas Basados en Vehículos: 

* Análisis de Sistemas Basados en Vehículos Ecuaciones matemáticas pueden ser desarrolladas para describir una operación de un sistema de transporte de materiales basado en vehículos esto incluye industrial carretillas (ambas manuales y powered), vehículos guiados automaticamente, monorieles y otros vehículos guiados por rieles, así como ciertos tipos de sistemas de bandas transportadoras y ciertas grúas de operación. Se asume que la velocidad es constante ignorando la aceleración, desaceleración y otras diferencias entre velocidades eso va a depender de si el vehiculo viaja solo o cargado.

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El tiempo para un ciclo de entrega típico en la operación de un sistema de transporte basado en vehiculo consiste en: Cargar en la estación de recoger Tiempo de viaje hasta la estación de entrega Descargar en la estación de entrega Tiempo de viaje del vehiculo vacío entre las entregas Tiempo de ciclo de entrega (min/entrega) Tiempo de carga en la estación de carga (min) Distancia que el vehiculo viaja entre la estación de carga y descarga (m,pies) Velocidad (m/min,pies/min) Tiempo de descarga en la estacion de descarga (min) Distancia que el vehicuo viaja vacío hasta que empieza el siguiente ciclo de entrega (m,pies) Velocidad cuando el vehículo viaja vacío (m/min,pies/min) Se debe de considerar como un valor ideal, ya que ignora los tiempos perdidos Congestion de tráfico, y otros factores que alentan la entrega

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Usos del Para determinar dos parámetros: Tasa de entregas por vehículo Número de vehículos requeridos para satisfacer el total de entregas La posible pérdida de tiempo incluye: Disponibilidad A Se define como la porción del tiempo que el vehiculo esta operando y no en reparación Congestión de trafico, incluye perdida de tiempo en intersecciones, bloqueo de vehículos y espera en cola 3. Eficiencia de conductores manuales E Tasa actual de trabajo del operador humano relativo a la tasa esperada bajo los estándares

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Una vez teniendo estos parámetros definidos, podemos expresar el tiempo de disponibilidad por hora por vehiculo (60 min) ajustado por A, y E esto es: Donde AT= Tiempo de disponibilidad (min/hr. por vehiculo) Ahora ya podemos observar las ecuaciones de los parámetros de interés. Tasa de entregas por vehiculo Tasa por hora de entrega por vehiculo (entrega/hr. por vehiculo)

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Número de vehículos requeridos para satisfacer el total de entregas Para obtenerlo primero tenemos que calcular el total de cargas de trabajo requerido(total workload required) y después dividirlo entre el tiempo de disponibilidad ( AT ) entonces: WL= donde WL= workload (min/hr.) = Tasa de flujo especifica del total de entregas por hora para el sistema ( entrega/hora ) y = Tiempo de ciclo de entrega (min/entrega) Ahora el número de vehículos requeridos se puede calcular de la siguiente manera: Se puede reducir a lo siguiente: Donde =número de vehículos requeridos, WL= cargas de trabajo AT= Tiempo de disponibilidad Donde =número de carros requeridos, = tasa ; total de entregas Requeridas en el sistema, =tasa de entrega por vehiculo

Análisis de Bandas Transportadoras: 

Análisis de Bandas Transportadoras En una sóla dirección Tiempo de entrega Tasa de flujo de materiales Donde =tiempo de entrega (min), =longitud de la banda entre la estación de carga y descarga (m,pies), = velocidad de la banda. Donde Rf =Tasa de flujo de materiales (partes/min) RL =tasa de carga (part/min), Sc =center to center Spacing of materials on the conveyor (m/part, pies/part), TL =tiempo de carga (min/parte) Donde =tiempo de descarga (min/parte), =tiempo de carga (min/parte)

Bandas transportadoras de ciclo continuo: 

Bandas transportadoras de ciclo continuo El ciclo completo esta dividido en dos secciones las de entrega en la que los carros son cargados y la de regreso en donde los carros viajan vacíos. Entonces la longitud del ciclo de entrega es y la de la de retorno es , por lo tanto la longitud total L= Y el total de tiempo requerido para que viaje un ciclo completo es: Tiempo de entrega en el ciclo de carga/entrega Donde =tiempo de entrega en el ciclo de carga =Longitud del ciclo de entrega/carga = velocidad de la banda Donde =tiempo total de ciclo (min), = total de logitud De la banda, =velocidad de la banda (m/min,pies/min)

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El número total de carros es igual a : El número máximo de partes en el sistema esta dado por: La tasa de flujo máximo entre la carga y descarga es: N úmero de contenedores Total de longitud de la banda Distancia de centro a centro entre contenedores Total de parte En el sistema Piezas por minuto

Bandas Recirculatorias (ANALISIS KWO): 

Bandas Recirculatorias (ANALISIS KWO) Problemas de operación de las bandas recirculatorias: La posibilidad de que carros vacíos no estén disponibles inmediatamente cuando la estación de carga los necesita. La posibilidad de que carros cargados no estén disponibles en la estación de descarga cuando se necesitan. Por lo tanto en este caso se toma una estación de carga y una de descarga. De acuerdo con Kwo, existes tres principios básicos que deben de ser considerados en el diseño de tal sistema de transporte.

Principio 1: 

Principio 1 Regla de velocidad La velocidad de operación de la banda debe estar dentro de cierto rango. Limite inferior: Limite superior: Donde Representan las tasas de requerimiento de carga y descarga, respectivamente. Donde = tiempo requerido para cargar un carro =Tiempo requerido para descargar un carro

Principio 2: 

Principio 2 Capacity Constrain La tasa de flujo de la capacidad de la banda debe de ser al menos igual que la tasa de flujo requerida para acomodar los stocks reservados y permitir que el tiempo entre la carga y la descarga sean de acuerdo a la distancia de entrega. En este caso debe de ser interpretado como un sistema de especificación requerida de una banda recirculatoria

Principio 3: 

Principio 3 * Principio de Uniformidad Dice que las partes cargadas deben de ser uniformemente distribuidas a lo largo de la banda, por lo que no debe de haber partes de la banda muy congestionadas mientras otras están muy vacías. Esto es para evadir el tiempo de espera en la carga y la descarga para contenedores vacíos o cargados (respectivamente) al llegar.

Ejemplo 10.1: 

Ejemplo 10.1 Determinando número de vehículos en un AGVS Dado un layout mostrado en la figura 10.15 Los vehículos viajan en contra de las manecillas del reloj, a través del circuito para entregar cargas de la estación de carga a la de descarga. El tiempo de carga es =0.75 min, y el tiempo de descarga es = 0.50min. Se desea determinar cuantos vehículos son necesarios para satisfacer una demanda para dicho layout si se desea tener un total de 40 entregas por hora. Son dados los siguientes parámetros : Velocidad del vehiculo=50m/min, disponibilidad=0.95,Factor de trafico=0.90 y la eficiencia del operador = 1 Determina lo siguiente: a) Las distancias recorridas por el carro cargado y vacío b) Tiempo ideal de ciclo de entrega c) Número de vehículos necesarios para satisfacer la demanda.

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Solución a) Ignorando los efectos de una pequeña diferencia en distancias alrededor de la curva de las esquinas del circuito, los valores de Ld y de Le están determinados por medio del layout y son 110m y 80m respectivamente. b) El tiempo ideal de ciclo por entrega y por vehiculo esta dada por la sig. Ecuación c) Para determinar el número de vehículos requeridos para realizar 40 entregas por hora se realiza el calculo de carga de trabajo de los AGVS y del tiempo por hora disponible por vehiculo. WL=40(5.05)=202min/hr AT=60(0.95)(0.90)(1.0)=51.3 min/hora vehi Este valor debe ser redondeado a nc=4 vehiculos, ya que el número de vehiculos debe ser entero.

Ejemplo 10.2: 

Ejemplo 10.2 Determinar Ld (longitud que se recorre de la estación de carga a la de descarga) para un layout AGVS mas complejo El layout es mostrado en la figura 10.16 y en base a las siguiente tabla from-to

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El AGVS incluye la estación de carga 1 en donde la materia prima entra al sistema para ser llevada a cualquiera de las tres estaciones de producción 2,3 y 4. La estación número 5 de descarga recibe piezas terminadas provenientes de las estaciones de producción los tiempos de carga y descarga de las estaciones 1 y 5 son de 0.5min cada una. Las tasas de producción para cada estación de trabajo están indicadas por los requerimientos de entrega dados por la tabla from-to un factor de complicación es que algunas partes deben ser trasportadas entre las estaciones 2 y 3. los vehículos se mueven en la dirección indicada por las flechas de la figura. Determina la distancia promedio de entregas Ld.

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Solución La tabla form-to muestra el número de entregas y las distancias correspondientes entre las estaciones. Los valores de las distancias están tomados del layout de la fig. 10.16 para determinar el valor de Ld un promedio debe ser calculado basado en el número de viajes y de distancias correspondientes que están mostradas en la grafica del problema.

Ejemplo 10.3: 

Ejemplo 10.3 Conveyor en una sola dirección Una banda transportadora de rodillos tiene una longitud de 35 mts, entre el departamento de producción y el de ensamble. La velocidad de la banda es 40m/min. Hay dos operadores en la estación de carga. Uno de los operadores coloca las piezas en los contenedores lo cual le toma 25 seg. A cada contenedor le caben 20 piezas. Las piezas entran a la estación de carga a una tasa que esta balanceada de acuerdo a este ciclo de 25 segundos. El otro operador coloca los contenedores sobre la banda lo que le toma solo 10 seg. Determina lo siguiente: El espacio entre los contenedores a lo largo de la banda Tasa máxima de flujo en piezas/ min Tiempo mínimo requerido para descargar un contenedor en la estación de ensamble.

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Solución El espacio entre los contenedores en la banda es determinado por el tiempo de carga. Solo toma 10 segundos colocar un contenedor en la banda, pero 25 seg. son requeridos para cargar las piezas dentro del contenedor, sin embargo el ciclo de carga esta limitado por estos 25 segundos. A una velocidad de la banda de 40m/min el espacio entre contenedores será: b) La tasa de flujo esta dada por: Esto es consistente con una tasa de carga de piezas de 20 piezas en 25seg. Que es .8 piezas por segundo o 48 piezas por minuto c) El tiempo mínimo permitido para descargar un contenedor debe de ser consistente con la tasa de flujo de los contenedores en la banda transportadora esta tasa de flujo es de un contenedor cada 25seg, entonces :

Ejemplo 10.4: 

Ejemplo 10.4 Análisis de una banda recirculatoria Una banda recirculatoria tiene una longitud de 300mts. Su velocidad es de 60mts/min. el espacio entre contenedores es de 2 mts. Cada contenedor puede tener 2 partes. El tiempo requerido para realizar la tarea de cargar las dos partes es de 0.20min y el tiempo para descarga es el mismo. Las tasas requeridas para carga y descarga son definidas por la tasa de flujo especificada, que es de 4 partes por minuto. Evalúa la banda diseñada con respecto a los tres principios de KWO

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Solución Regla de Velocidad: El limite inferior de la velocidad esta dado por la tasa de carga y descarga requerida que es de 4 partes por min. Checando esto contra la sig ecuación Tenemos: Checando el limite inferior tenemos: La regla de velocidad es respetada

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Restricción de capacidad: La tasa de flujo de la capacidad es de 10 partes por minuto ya que esto es sustancialmente mayor que la tasa requerida de entrega de 4 partes por minuto, la restricción de capacidad es satisfecha. KWO provee los lineamientos para determinar los requerimientos de tasa de flujo que deben ser comparados con la capacidad de la banda. Principio de Uniformidad: Se asume que la banda debe ser cargada uniformemente a lo largo, ya que la tasa de carga y descarga son iguales y que la capacidad de la tasa de flujo es sustancialmente mayor que la tasa de carga y descarga.