Cómo calcular los costos de fabricación CNC para T y aumentar la productividad

Para conocer el rendimiento, la productividad y costos en la fabricación CNC, se requieren métodos especiales adaptados a las tecnologías y gestión de datos. Encontrar variables óptimas de mecanizado necesita conocimientos avanzados en términos de tiempos de trabajo y sus costos.

Actualmente existen relaciones matemáticas que permiten determinar los tiempos de trabajo y los costos asociados en el mecanizado de componentes sencillos. Sin embargo, para piezas mecánicas complejas estas variables son difíciles de calcular manualmente, por lo que deben utilizarse software de fabricación asistida por computadora CAM.

Actualmente la utilización de software de fabricación asistida por computadora CAM, se ha convertido en una necesidad básica para todos los equipos de mecanizado CNC, es imprescindible mantenerlos actualizados e invertir en ellos, está comprobado que el retorno de inversión de las máquinas-herramientas actualizadas es realmente alto.

Estos softwares permiten simular los procesos de manufactura, donde se puede verificar el diseño primario y se pueden realizar correcciones al proyecto antes de su implementación. Una de las ventajas más importantes del diseño asistido en las tecnologías de mecanizado, es que permite la simulación del entorno de trabajo. La simulación de una operación o de todo el proceso de mecanizado consiste de manera general en:

• Determinar la trayectoria de la herramienta y prevenir colisiones entre la herramienta y la pieza de trabajo, evitar impactos en la máquina o sus dispositivos durante la fabricación.

• Determinar el tiempo de mecanizado, tanto para cada operación como para la pieza completa. Estos tiempos incluyen el tiempo bruto de mecanizado, tiempos de cambio de herramientas y tiempos de parada-arranque de las máquinas.

El proceso de simulación proporciona datos importantes con respecto a las capacidades de las máquinas CNC, tiempo total y costo de mecanizado; para establecer las condiciones y variables óptimas de trabajo. Finalmente, todo esto proporciona criterios reales que permiten optimizar los costos en la fabricación CNC. Acá estaremos revisando cómo calcular estos costos, para optimizarlos y aumentar la productividad.

Costos en la fabricación CNC que debes tener en cuenta

Existen diversos modelos para calcular los costos de mecanizado en máquina CNC y son diversos los factores que están involucrados. Los costos del mecanizado CNC depende de multitud de elementos como:

• Los costos del equipo CNC.
• Costos de las herramientas que se van a utilizar en el proceso.
• Costos de monitoreo del sistema de mecanizado.
• Cantidad y costos de consumibles.
• Costos relacionados con el personal u operador de la máquina CNC.
• Configuración y ajuste del equipo, costos por tiempo de inactividad.
• Costos indirectos impuestos por el proceso de fabricación.
• Costo de energía.

Estos últimos pueden subdividirse en, costo directo de energía que se ha consumido durante el proceso de fabricación y costos indirectos de energía suplementaria consumida durante el proceso de trabajo como iluminación general, calefacción, etc.

Lo más importante para la optimización es analizar cada uno de estos costos en la fabricación CNC y minimizar todo lo que sea posible. Mientras mayor sea el número de factores involucrados en la simulación y optimización, más reales serán los ahorros y el aumento de la productividad.

Ejemplo de cálculo de costos en la fabricación CNC

Veamos un modelo sencillo, que se puede aplicar a la fabricación de un componente, y probablemente sea de gran ayuda a la hora de aumentar la productividad y optimizar los costos en la fabricación CNC. Este modelo divide el costo total de mecanizado en 4 factores: Costos relacionados con el material de la pieza en bruto, los costos relacionados con el equipo CNC, el costo relacionado con el operador y los costos de las herramientas que se utilizan, veamos la siguiente relación:

CMecanizado = CMaterial Pieza + CMáquina CNC + COperación + CHerramienta

El costo de la máquina CNC, está vinculado a la amortización de energía eléctrica consumida durante la fabricación de una sola pieza, de la siguiente manera, donde P es el precio y t es el tiempo:

CMáquina CNC=PAdquisición-Máquina CNCtAmortización*tTrabajo * tProgramación+PEnergía Eléctrica*tProgramación*P KW

El costo de operación está representado por la remuneración del operador y el ajuste manual que debe realizarse a la máquina, donde f, representa la fracción del tiempo de programación, necesaria para los ajustes y programación de actividades:

COperación=tProgramación+f*tProgramación* Salariohora

El último componente de costos, está representado por las herramientas que se utilizan para mecanizar la pieza y resulta de una suma del costo relacionado a los cabezales de corte de la herramienta, con respecto el tiempo de fabricación de cada herramienta, la durabilidad de la herramienta y el número de filos que tiene, donde TEconómica, es un factor que representa la vida útil económica de la herramienta.

CHerramienta=CCabezales-corte*tHerramientaTEconómica*NN° filos herramienta

Cómo se puede observar este sencillo algoritmo de cálculo de costos, puede ser de gran ayuda para optimizar los costos de fabricación CNC y aumentar la productividad del taller metalmecánico. Sin embargo, las variables en cada una de estas ecuaciones deben determinarse con la mayor precisión posible, de aquí la importancia de la simulación de una operación o de todo el proceso de mecanizado, para alimentar el algoritmo con data confiable. Para cada operación de mecanizado, a partir de la simulación CAM se puede conocer los parámetros relacionados con el régimen de fabricación, las herramientas y los tiempos de trabajo.

Por ejemplo, se puede determinar el costo generado por las herramientas de corte, al conocer el precio de la herramienta, su vida útil, el número de reposiciones del componente de corte y el precio por minuto de cada herramienta. Con base al tiempo total de mecanizado, se puede determinar el costo impuesto por la máquina, así como también por el operador y consumo de energía eléctrica. Todo esto producto de la interpretación adecuada de los resultados de la simulación, lo que permite proponer estrategias para la optimización de costos en la fabricación CNC y manejo de las variables de operación de maquinado para aumentar la productividad.

Otros modelos presentados para el cálculo de los costos totales de mecanizado, se han incluido como un factor adicional e independiente a los costos de energía, pero se ha demostrado que estos costos de energía son relativamente bajos, y pueden estar rondando alrededor del 8%. Sin embargo, para procesos donde se fabrica un gran volumen de piezas estos costos de energía pueden aumentar y serían un factor determinante al momento de optimizar los costos en la fabricación CNC.

Los costos referidos al material de la pieza y la máquina CNC representan un 40% del costo total de mecanizado

Es importante recordar que cada taller tiene características diferentes y la distribución de sus costos y gastos pueden variar significativamente entre unos y otros; sin embargo, existe una tendencia en muchos talleres que muestra que el peso de los costos referidos al material de la pieza y la máquina CNC representan un 40% del costo total de mecanizado, los costos de herramienta también se aproximan a un 40%, 12% se estima para los costos de operación y 8% para los costos de energía. De aquí se puede observar que disminuir los tiempos de trabajo, disminuir el número de operadores y aumentar la vida útil de la herramienta, son estrategias que se plantean constantemente para disminuir los costos en la fabricación CNC.

Lo anterior es una idea general de las estrategias que muchos talleres metalmecánicos con máquinas CNC se plantean, pero es muy importante realizar un estudio minucioso de los costos asociados a cada empresa y atacar aquellos que pueden ser disminuidos, para aumentar la rentabilidad.

Finalmente podemos concluir que la clave para aumentar la productividad y optimizar los costos en la fabricación CNC, se enfoca en primer lugar en la implementación de softwares CAM que permitan simular los procesos de mecanizado CNC, para obtener una data confiable que alimente el modelo matemático o algoritmo adecuado a los procedimientos y características del taller, con el objetivo de facilitar el cálculo del costo total de mecanizado. Una vez simulado el proceso y cuantificado el costo total de mecanizado, se puede lograr de manera efectiva la optimización de los costos en la fabricación CNC.

No se debe olvidar que el monitoreo en tiempo real de la producción de las máquinas CNC, será el mecanismo más eficiente para la evaluación y control de dicha optimización, garantizando que los cambios de las variables operativas de las máquinas CNC cumplen las expectativas planteadas y generan un aumento de la productividad.