PROYECO TÉCNICO ECONÓMICO …lo que se propone un ejemplo de hoja de operaciones pero el resto se...

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLASESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

GRADO EN INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA IEM.ESPECIALIDAD MECÁNICA

PROYECTO FIN DE CARRERA

PROYECO TÉCNICO ECONÓMICOINDUSTRIALIZACIÓN DE UN BLOQUE MOTOR

DIESEL: PROCESO DE MECANIZADO

AUTOR: Alejandro Alonso Matasán

DIRECTOR: Isidro Altuna Blanco

MADRID, Agosto de 2014

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) GRADO INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

PROYECTO DE FIN DE GRADO

RESUMEN DEL PROYECTO Alejandro Alonso Matasán

AGOSTO DE 2014


ICAI




INDUSTRIALIZACIÓN DE UN BLOQUE MOTOR

DIESEL. PROCESO DE MECANIZADO

Autor: Alejandro Alonso Matasán

Director: Isidro Altuna Blanco

Entidad Colaboradora: ICAI

RESUMEN DEL PROYECTO

Este proyecto se enfoca al área de la ingeniería de producción. A pesar de incluir una

fase de diseño el objetivo principal es conocer cómo funciona una línea de producción

continua y lograr coordinar todos los procesos, recursos y métodos necesarios para poner

una línea de mecanizado en marcha partiendo desde cero.

El objeto de partida es un producto semi-acabado, un bloque de motor de fundición de

aluminio. El bloque sale de la fundición con el diseño deseado por la ingeniería del cliente

o del grupo del constructor si es que se pertenece a un gran fabricante como fábrica

satélite. La planta que se desarrolla contempla ambas posibilidades.

Las características geométricas del bloque que proviene de la fundición están lejos de ser

las requeridas por una cadena de montaje posterior. Por lo tanto será necesario un proceso

dentro de nuestra línea de mecanizado que le otorgue las tolerancias dimensionales y los

acabados correctos, así como las geometrías que la fundición de aluminio por gravedad

no es capaz de lograr.

El proyecto se estructura en cuatro partes diferenciadas: la memoria, los planos del bloque

y de la planta, el estudio de condiciones técnico económicas y el presupuesto general del

proyecto.

En la memoria se recogen los estudios propios de la técnica y del sector, las

especificaciones de diseño del bloque, las especificaciones del proceso de

industrialización, los cálculos del equilibrado de línea, el estudio de viabilidad y

rentabilidad económica y el impacto medioambiental de todo el proceso.

Partiendo de un estudio de mercado se propone el diseño de un bloque motor Diésel. Se

realiza su diseño en 3D partiendo de una serie de parámetros que se describen más abajo.

Este diseño es fundamental para conocer los requisitos geométricos y, por tanto, las

operaciones de mecanizado que se tendrán que llevar a cabo.




Este tipo de bloque motor por sus características se empleará en vehículos comerciales

ligeros, transportes 4x4, o incluso maquinaria agrícola. Sus prestaciones siempre darán

prioridad a un alto par a unas bajas rpm.

La línea de mecanizado tendrá una distribución del tipo S (con alguna característica

particular como se podrá observar con más detalle en el proyecto). Se ha realizado una

distribución conjunta de todos los componentes de la planta y de la propia línea para

facilitar y aportar gran eficiencia a todo el proceso.

Se han establecido 34 fases de operaciones entre las que se incluyen principalmente

fresados de todas las caras, taladros de los agujeros y railes de engrase, mandrinado y

bruñido de cilindros y camisas, brochado de línea del cigüeñal y bruñido del conjunto del

motor y tapas de bancada. Hay otros procesos involucrados en la línea como el lavado

intermedio y final del conjunto bloque, camisas y culatas. También se realizan

comprobaciones de calidad como por ejemplo un control de fugas o una inspección visual

exhaustiva.

El alcance de este proyecto escapa a definir y detallas las operaciones de cada fase, por

lo que se propone un ejemplo de hoja de operaciones pero el resto se centra en tiempos y

ciclos de fase para el equilibrado de la línea.

Con el objetivo de producir 150.000 unidades (6% de la producción anual de vehículos

ligeros) se estiman las horas de producción, días productivos y turnos necesarios. Con

estos datos podemos establecer el ciclo de línea.




Este ciclo de línea indica el tiempo que transcurre entre la salida de un bloque de la línea

de mecanizado y su siguiente. Con este dato equilibramos la línea asignando las máquinas

necesarias a cada fase, y los recursos humanos necesarios, es decir, el número de operarios

de modo que obtengamos una saturación lo más cercana posible al 100%. Todos estos

datos se recogen en el apartado de Cálculos.

Toda la gestión de la línea irá acompañada de la filosofía de Lean Manufacturing.

Trataremos de llegar a una perfecta sincronía de los factores: cero defectos, minimización

de desperdicios y mejora continua.

Una vez definidas las líneas, se realiza un estudio para poder implantar las diferentes

normas de calidad, medioambiente y prevención de riesgos laborales. Estas normas serán

respectivamente la ISO 9001, la ISO 14001 y la OHSAS 18001, y con ellas la empresa u

organización destacará con respecto a sus competidos en el mercado, asegurando calidad

y seguridad a los clientes y a la sociedad en general.

En paralelo a la definición de la línea y a la distribución de la planta se ha buscado un

emplazamiento idóneo, un polígono industrial en Vitoria-Gasteiz. Esta localización

parece adecuada por la proximidad de potenciales clientes (Grupos como Mercedes, VW;

GM) y la cercanía de los grandes hornos de fundición vascos que ofrecerán un listado de

proveedores entre los que podremos seleccionar el que mejor materia prima (bloque

conformado por fundición) nos ofrezca en relación calidad-precio.

Con todo ello no se deja de lado la parte económica. Se ha realizado una estimación

presupuestaria lo más ajustada posible con el fin de obtener un estudio económico que

refleje con fidelidad el valor que logrará generar nuestro proyecto en el transcurso de unos

años.

Días efectivos de producción 252 Días

Turnos por día de Producción 3 Turnos

Horas Efectivas turno 7,5 Horas

Horas Efectivas diarias 22,5 Horas

Horas Efectivas totales 5670 Horas

Producción/Hora 26 Uds

Producción/Turno 198 Uds

Producción/Día 595 Uds

Producción/Año 150.000 Uds

Ciclo de la línea 0,0378 Horas

378 dmHora

2,268 Minutos

Cifras de Producción

Plan de producción




El precio unitario imputando los costes de la planta asciende a 193.20 €. Se considera un

buen precio de salida en el mercado estableciéndose en torno a la media. Diversos factores

influirán en el margen de ganancia que tengamos con la venta de los bloques. Acuerdos

con proveedores, mejora de la eficiencia y aumentos de producción pueden afectar

pasados unos años al precio de venta.

La rentabilidad del proyecto se analiza mediante los procedimientos clásicos a través de

indicadores como VAN, TIR y Payback. Se verá en el estudio económico que según las

estimaciones presupuestarias y las expectativas de ingresos, el proyecto generará valor al

cabo de unos años y por lo tanto resultará rentable.

Inversión Inicial 18.301.990,00 €

Coste de Ingeniería del proyecto 400.000,00 €

Obra Civil 2.445.000,00 €

Terreno 1.155.000,00 €

Coste de Maquinaria y Accesorios 14.301.990,00 €

Costes Fijos 1.867.356,40 €

Suministros 200.000,00 €

Mantenimiento 1.099.548,40 €

Mano de Obra Indirecta 441.000,00 €

Tributos 126.808,00 €

Costes Variables 17.007.387,11 €

Materia Prima/Producto Semiacabado 12.552.571,90 €

Energía 1.240.369,20 €

Mano de Obra Directa (+ Horas extra estimadas) 1.605.501,82 €

Herramienta y Fluido 1.608.944,19 €

Total Inversión 37.176.733,51 €

Unidades 150.000

Concepto Descripcion Desglose Coste

Mano de obra directa € 1.605.501,82

Material € 12.552.571,90

Puesto de trabajo € 3.840.526,31

Total € 17.998.600,02

Mano de obra indirecta € 441.000,00

Cargas Sociales € 716.275,64

Gastos Generales € 802.750,91

Costo de fabrica € 19.958.626,57

Beneficio Industrial 20% € 3.991.725,31

Lote € 23.950.351,88

Unitario € 159,67

21% I.V.A. € 193,20

PRESUPUESTO INDUSTRIAL para Bloques Motor Diesel

Coste de fabricacion Cf

Precio de venta:




Finalmente, y no por ello menos importante, se explicará la aplicación un plan de

protección medio ambiental con los requisitos establecidos de los SGMA fijando unos

objetivos de y metas medio ambientales que se recogen en la norma ISO 14001 que

mediante su cumplimiento se obtendrá dicha homologación. En este apartado se diseñara

un plan de tratamiento de residuos líquidos en este caso un plan de tratamiento de

taladrina y aceites lubricantes.



FINAL DEGREE PROJECT

INDUSTRIALIZATION PROCESS OF A DIESEL

ENGINE BLOCK. MACHINING PROCESS. Author: Alejandro Alonso Matasán

Director: Isidro Altuna Blanco

Collaborating Organization: ICAI

PROJECT SUMMARY

This project focuses on the area of production engineering. Despite including a design

phase the main objective is to know how a continuous production line works and achieve

coordination of all processes, resources and methods needed to set a machining line up

from scratch.

The starting object is a semi-finished product, an engine block aluminum cast. The block

leaves the foundry with desired design by the client engineering or manufacturer (if our

factory belongs to a large manufacturer as satellite plant). The plant that will be developed

contemplates both possibilities.

The geometric characteristics of the block coming from casting are far from those

required by a subsequent assembly line. Therefore a process of machining will be required

within our line. It will give the correct dimensional tolerances, finishes and geometries

that gravity cast aluminum is not able to achieve.

The project is divided into four distinct parts: the specification, the layouts of the block

and the plant, the studio of technician & economic conditions and the overall project

budget.

The specification gathers the technical studies and sector feedback, block design

specifications, industrialization process specifications, calculations of the balanced line,

the feasibility study and cost-effectiveness, and environmental impact of the whole

process.

Based on a market study a design a diesel engine block is proposed. The 3D design is

made based upon a set of parameters described below. This design is essential to meet the

geometrical requirements and, therefore, the machining operations which must be carried

out.




This type of motor block characteristics will be used in light commercial vehicles, 4x4

transport, or even AVT. Its performance will always give priority to a high torque at low

rpm.

The machining line have an S distribution (with a particular characteristic as may be

observed in more detail in the layouts). There has been a joint distribution of all partitions

of the plant and of the line to facilitate and provide high efficiency in the process.

Up to 34 phases of machining operations have been established including milling, drill

holes and rail lubrication, boring and honing cylinders and shirts, broaching and honing

of the crankshaft of the engine assembly, and caps included bench. There are other

processes involved in the line as the intermediate and final wash the whole block, cylinder

heads and shirts. Quality checks are also performed such as a leakages control or a

thorough visual inspection.

The scope of this project escapes define and detail the operations of each phase, so an

example of sheet operations is proposed but the rest focuses on cycle time and phase for

balancing line.

With the goal of producing 150,000 units (6% of the annual production of light vehicles)

we will estimate production hours, days and shifts necessary for the production. With

these data we can establish the line cycle.




This line cycle indicates the time passed from the machining line output of a block and

the next. With this data we balance the line assigning the necessary machines to each

phase, and human resources, that is, the number of workers so that we get as close as

possible to 100% human saturation. All these data are collected in the Calculations

section.

All line management shall be accompanied by the Lean Manufacturing philosophy. We

will attempt to achieve a perfect synchrony factor: zero defects, waste minimization and

continuous improvement.

Once lines are defined, we launch study process to implement different standards of

quality, environment and occupational risk prevention. These rules are respectively the

ISO 9001, ISO 14001 and OHSAS 18001, and with them the company or organization

stand out with respect to their competitor in the market, ensuring quality and safety to

customers and society in general.

In parallel to the line definition and distribution of the plant has sought a suitable location,

an industrial estate in Vitoria-Gasteiz. This location seems appropriate for the proximity

of potential clients (groups as Mercedes, VW, GM) and the proximity of large casting

furnaces of Basque Country provides a list of suppliers from which we can select the best

raw material (made by casting block ) in Quality/price ratio.

Nevertheless this does not neglect the economic part. It has been done a budget estimate

as closely as possible in order to obtain an economic study that faithfully reflects the value

that our project we will achieve to generate in the course of a few years.

Días efectivos de producción 252 Días

Turnos por día de Producción 3 Turnos

Horas Efectivas turno 7,5 Horas

Horas Efectivas diarias 22,5 Horas

Horas Efectivas totales 5670 Horas

Producción/Hora 26 Uds

Producción/Turno 198 Uds

Producción/Día 595 Uds

Producción/Año 150.000 Uds

Ciclo de la línea 0,0378 Horas

378 dmHora

2,268 Minutos

Cifras de Producción

Plan de producción




The unit price imputing the costs of the plant amounts to € 193.20. It is considered a good

starting price on the market settling around the average. Several factors influence the

profit margin we have with the sale of the blocks in future years. Agreements with

suppliers, improve efficiency, and price and inflation increased production can affect the

selling price after a few years.

The profitability of the project is analyzed by the conventional processes using indicators

such as NPV, IRR and Payback. It will look at the economic study according to budget

estimates and revenue expectations, the project will create value in a few years and

therefore be profitable.

Inversión Inicial 18.301.990,00 €

Coste de Ingeniería del proyecto 400.000,00 €

Obra Civil 2.445.000,00 €

Terreno 1.155.000,00 €

Coste de Maquinaria y Accesorios 14.301.990,00 €

Costes Fijos 1.867.356,40 €

Suministros 200.000,00 €

Mantenimiento 1.099.548,40 €

Mano de Obra Indirecta 441.000,00 €

Tributos 126.808,00 €

Costes Variables 17.007.387,11 €

Materia Prima/Producto Semiacabado 12.552.571,90 €

Energía 1.240.369,20 €

Mano de Obra Directa (+ Horas extra estimadas) 1.605.501,82 €

Herramienta y Fluido 1.608.944,19 €

Total Inversión 37.176.733,51 €

Unidades 150.000

Concepto Descripcion Desglose Coste

Mano de obra directa € 1.605.501,82

Material € 12.552.571,90

Puesto de trabajo € 3.840.526,31

Total € 17.998.600,02

Mano de obra indirecta € 441.000,00

Cargas Sociales € 716.275,64

Gastos Generales € 802.750,91

Costo de fabrica € 19.958.626,57

Beneficio Industrial 20% € 3.991.725,31

Lote € 23.950.351,88

Unitario € 159,67

21% I.V.A. € 193,20

PRESUPUESTO INDUSTRIAL para Bloques Motor Diesel

Coste de fabricacion Cf

Precio de venta:




Finally, and not least, the application will be explained a plan of environmental protection

with the requirements of the EMS setting of objectives and environmental goals set out

in the ISO 14001 standard compliance by such approval will be obtained. In this section

a treatment plan liquid waste in this case a coolant treatment plan will be designed and

lubricating oils.

Tema 2: Creación de la Primera página web - 5

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