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Primera entrega de líneas robotizadas, llave en mano, para el montaje de motores y culatas de cilindro
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Las líneas automatizadas de montaje se diseñan especialmente para responder a las distintas exigencias de los fabricantes de automóviles y dar forma a sus estrategias de fabricación. A pesar del uso de elementos estandarizados, cada instalación es conceptualmente un caso único. Empleando los métodos e instrumentos de proyecto más avanzados y las instalaciones de ensayos más modernas, el equipo de desarrollo busca para cada caso concreto la solución óptima en cuanto a productividad y rendimiento económico, siempre en estrecha colaboración con el cliente.
Nuevo concepto de instalaciones También las instalaciones de montaje de motores y de culatas de cilindro de la em-
Las instalaciones de montaje de motores y culatas de cilindro para automóvi-
presa Opel en Kaiserslautern constituyen un
les, totalmente robotizadas, que la empresa Opel tiene en Kaiserslautern (Ale-
producto a medida de este tipo. Están basa-
mania), se cuentan entre las más modernas del mundo. ABB las ha construido
das en un concepto de instalación, radical-
como instalación completa, llave en mano, y con ello ha definido un nuevo es-
mente
tándar desde el punto de vista logístico, de ocupación de suelo, de rendi-
Todas las estaciones automáticas se en-
miento económico y de productividad. La planificación y ejecución tenían
cuentran unidas a una línea principal, de la
nuevo,
denominado
Daisy-Plus.
como objetivo principal conseguir una producción con «cero fallos». Para ello
cual se derivan los llamados «team-loops».
se han combinado estaciones de robots, máquinas especiales y estaciones de
Se trata de zonas de trabajo manuales en las
trabajo manual con el fin de optimizar la configuración de la planta y dar a la
que trabaja un equipo de 6 a 8 operarios.
empresa la posibilidad de conseguir el máximo beneficio de la misma.
Las líneas de montaje final para los bloques de motor y culatas de cilindro están diseña-
A
das como circuitos cerrados. Para ahorrar finales de 1996 entró en funciona-
rrollo y construcción de las instalaciones. En
energía y reducir los costes de funciona-
miento en la fábrica Opel de Kaiserslautern,
el seno del grupo ABB, esta empresa cons-
miento, los ingenieros han prescindido, en el
que ocupa una superficie de 7.000 m2, una
tituye el centro de excelencia para la auto-
marco de este concepto, de cualquier siste-
de las instalaciones de montaje de motores
mación del montaje y está especializada,
ma hidráulico.
y culatas de cilindros más modernas del
entre otros campos, en las instalaciones de
mundo. Las instalaciones cuentan con dos
producción de alta flexibilidad, automatiza-
líneas de fabricación altamente automatiza-
das con robots, para el ensamblaje de agre-
das, con 32 robots de brazo articulado de
gados para vehículos. Sus ingenieros han
El avanzado concepto de montaje permitió
ABB, para montar los motores y culatas de
construido hasta hoy más de 60 instalacio-
diseñar las instalaciones de forma muy com-
cilindro del motor diesel Ecotec de 16 válvu-
nes de montaje en todo el mundo, con más
pacta, con costes reducidos de servicio y
las a un ritmo de 48 segundos por unidad 1 .
de 400 robots instalados.
puesta a punto. Las principales ventajas del
Avanzado concepto de montaje
Cerca de 270.000 agregados salen cada
concepto son la siguientes:
año de estas precisas líneas de montaje.
•
ABB ha sido el primero en suministrar llave
manuales y automatizados.
•
en mano una instalación de tal complejidad a un fabricante de automóviles. La planificaDr. Walter Kimmelmann
se realizó en dos años.
Friedrich Wolbring
de Langenfeld, ciudad alemana ribereña del Rin, corrió con la responsabilidad del desa-
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Los empleados trabajan en equipo, y no en solitario a lo largo de la línea.
ción y la construcción de la línea de montaje ABB Flexible Powertrain Assembly GmbH
Separación de los trabajos de montaje
ABB Flexible Powertrain Assembly GmbH
•
La línea de montaje está completamente automatizada.
•
Los elementos por montar se entregan a las estaciones por el exterior de las líneas de montaje.
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Vista general de las líneas de montaje de motores y culatas de motor en la empresa Opel de Kaiserslautern (Alemania). Las instalaciones, basadas en un concepto totalmente nuevo de automación de ABB, están entre las más modernas del mundo en su clase.
1
Esta última ventaja tiene como consecuen-
añaden 47 estaciones automáticas que en-
go la ventaja de poder prescindir de las ins-
cia la reducción de las vías y tiempos de
samblan los bloques de motor y las culatas
talaciones de reparación y de espera.
transporte, así como la minimización de la
de cilindro. Otras 7 estaciones, con un total
Se ha concedido gran importancia a la
cantidad de elementos en circulación. La im-
de 37 puestos de trabajo manual, están se-
seguridad y comodidad de servicio a lo largo
portante reducción de las longitudes de
paradas de las líneas automatizadas de
de todo el procedimiento de montaje. Las
transporte de los elementos también contri-
montaje. También se han desacoplado di-
estaciones automáticas están cerradas con
buye a mantener bajos los costes de inver-
versas zonas logísticas. Otros importantes
pantallas de alta resistencia, transparentes,
sión.
componentes de las instalaciones son las
que ofrecen una visión completa de las uni-
Robots con brazos articulados,
estaciones de ensayo y pruebas, un sistema
dades de montaje 3 . El concepto de «esta-
ergonómico de transporte de piezas y el sis-
ción abierta» permite realizar el manteni-
tema de control-mando.
componente central de las
miento de los robots de forma rápida y sencilla.
instalaciones El núcleo de las instalaciones está constitui-
Producción con cero fallos,
do por 32 robots ABB de brazo articulado
comodidad de servicio
Montaje de motores
con seis ejes, de los tipos IRB 3400 e IRB
Uno de los objetivos principales de las insta-
En la primera estación de montaje de moto-
6000. Todos los robots están equipados con
laciones era conseguir la producción con
res, un robot toma los bloques de cilindro del
sistema de mando S4, el cual permite reali-
cero fallos, para lo cual era fundamental una
área de producción de componentes y los
zar movimientos y trayectorias precisos y rá-
gran precisión de funcionamiento. El robot
fija en soportes especiales para piezas.
pidos, con gran facilidad de servicio y una
encargado del montaje del cigüeñal ha de
Mientras el robot está ocupado con esta
capacidad ideal de adaptación a las exigen-
trabajar con una precisión de 5/100 mm 2 ,
labor, un ordenador central carga los datos
cias especiales de la producción. A esto se
algo necesario pero que además trae consi-
del pedido en cuestión y especifica los
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Los robots de brazo articulado de ABB constituyen el elemento central de las dos líneas de montaje. Su gran precisión los convierte en el sistema ideal para las operaciones de montaje de motores, por ejemplo para montar los cigüeñales con una precisión de 5/100 mm.
2
El concepto de «estación abierta» de estas instalaciones hace posible un mantenimiento rápido y sencillo. La eliminación de perturbaciones y las reparaciones se realizan sin interrumpir la producción. Los dispositivos de protección móviles, transparentes, rodean el área de trabajo de los robots.
3
pasos siguientes de la fabricación de cada
ciones de transferencia. En cada una de las
minosos cuando acceden a la estantería y
bloque de motor, que precisa cerca de dos
zonas, seis a ocho empleados trabajan en el
les advierten óptica y acústicamente de los
horas. Todos los datos de fabricación se co-
montaje de elementos; en total se dispone
posibles fallos, por ejemplo de la toma de
difican y se transmiten por medio de una uni-
de 37 puestos de trabajo manual 4 .
piezas equivocadas.
dad de lectura/escritura a un portador de
Los portapiezas de la línea principal se
Una operación típica es el montaje de la
datos montado sobre la paleta, en la que se
colocan sobre paletas especiales para tras-
envoltura de cojinetes principales. El bloque
almacenan también los datos de estado del
ladarlos a las zonas de trabajo por medio de
de motor y el cigüeñal se fabrican con tole-
montaje. Los telegramas de datos enviados
las líneas de transferencia y continúan su
rancias extremadamente pequeñas, que se
a la línea de culatas de cilindro se encargan
movimiento a una altura ergonómicamente
compensan con las diferentes dimensiones
de que la culata adecuada llegue en la se-
óptima de 300 u 800 mm y a una velocidad
de envolturas. En el portapiezas se marca la
cuencia adecuada al punto de fabricación.
constante de entre 1 y 3 m/min 5 .
clase de envoltura adecuada para el bloque
También en estas zonas de trabajo en
de motor, de modo que el sistema de control
equipo se han excluido prácticamente los fa-
de proceso puede comprobarla cuando la
Team-loops
llos de montaje, gracias a la gran formación
unidad en montaje llega a la zona de trabajo.
En Kaiserslautern se han previsto por prime-
de los operarios y a la estandarización de las
Por medio de señales luminosas se indica al
ra vez zonas de trabajo en equipo para el
operaciones. Los sistemas complementa-
operario la envoltura adecuada y, una vez
montaje de motores, conectadas directa-
rios de control y vigilancia automáticos diri-
que este la ha tomado, una cortina luminosa
mente a la línea principal por medio de esta-
gen a los operarios por medio de signos lu-
comprueba que es la pieza adecuada.
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4 Las estaciones de trabajo manual, separadas de la línea principal de montaje, están estructuradas como «team-loops», zonas de trabajo en equipo. Los mecanismos de control y de mando asisten a los operarios en el desarrollo de procedimientos de trabajo estandarizados.
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Las estaciones de acoplamiento introducen los agregados, montados en parte, en los «team-loops» sobre portapiezas especiales. Las estaciones están diseñadas según principios ergonómicos.
5
Robots para montar la bomba
misión y de escape: la alimentación de los
Montaje de culatas de cilindro
de inyección
husillos roscados, asistida por robots, tiene
El ensamblaje de culatas de cilindro tiene
Dos robots de ABB situados en la misma
lugar mediante el posicionamiento secuen-
lugar en 20 estaciones totalmente automáti-
celda de fabricación se encargan del monta-
cial de una cabeza alimentadora y soplado
cas. Los robots se encargan de trabajos tan
je final de la bomba de inyección 6 . Uno de
del tornillo hasta su posición. El uso de un
complejos como son el montaje del árbol de
ellos toma la bomba y la dispone para que el
único cabezal de soplado reduce notable-
levas y de las boquilla de inyección o de la
segundo, a su vez, la coloque en el bloque
mente los costes de montaje y desmontaje.
colocación de las válvulas y empujadores 8 .
de motor y la atornille. También es especial el
También las ruedas libres y los embragues se
La línea de culatas de cilindro está controla-
montaje de los 16 tornillos prisioneros de ad-
montan de forma totalmente automática 7 .
da por sólo tres operarios, que además se
El montaje de la bomba de inyección por medio de dos robots de brazo articulado es uno de los trabajos más llamativos que se realizan en las instalaciones de Kaiserslautern.
6
Estación totalmente automática donde se monta la rueda libre.
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ABB Flexible Powertrain GmbH de Langenfeld (Alemania) dispone de patentes sobre diversas operaciones automatizadas complejas, como puede ser el montaje de chavetas de válvula.
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Los robots «casan» los bloques de motor y las culatas que llegan de las correspondientes líneas de montaje.
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encargan de las cuatro salidas para repara-
ca de control-mando y a la técnica de ges-
sección de reparaciones. Además, cada uno
ciones y de llenar los soportes con el mate-
tión. El sistema de control-mando es res-
de los motores, ya completos, ha de superar
rial de montaje.
ponsable de la sincronización y del control
una prueba de marcha de ocho minutos de
Sólo el área de montaje de culatas de ci-
de todas las operaciones de montaje; está
duración.
lindro dispone de estaciones de reparación
estandarizado en su mayor parte a partir de
y de almacenamiento tampón. Una de las
un concepto de diseño modular descentra-
estaciones, por ejemplo, se encuentra pos-
lizado. El concepto es en buena parte res-
Conceptos avanzados de
conectada al montaje de cuñas de válvula;
ponsable de la facilidad de manejo y de la
automación en la industria
y a la zona de ensayos de estanqueidad se
flexibilidad del sistema. Otros factores que
automovilística
le ha conectado una zona de piezas defec-
contribuyen a crear estas cualidades son
La industria automovilística empezó muy
tuosas con capacidad para cinco portapie-
los paneles de control estandarizados si-
pronto a utilizar sistemas de robots en las lí-
zas. Un sistema de depósito tampón, com-
tuados en las estaciones automáticas 10 y
neas de montaje final y de barnizado. A
plementario, permite almacenar hasta trein-
en el sistema de transporte, modular, en el
pesar de su adelanto en el tiempo, el monta-
ta piezas (actualmente se montan hasta
nivel de suelo 11 .
je de motores siguió haciéndose durante
cinco tipos diferentes de culata). A medida
mucho tiempo con máquinas especiales,
de las necesidades se van extrayendo pie-
muy caras, que realizaban una sola función.
zas, que se insertan en el flujo de produc-
Aseguramiento de la calidad
Tuvieron que ser las cambiantes exigencias
ción para garantizar la corrección de la se-
La alta calidad de los productos está garan-
del mercado y la gran presión sobre los cos-
cuencia de montaje.
tizada por las estaciones automáticas de
tes lo que indujo a los fabricantes de auto-
El sistema de transporte lleva las culatas
alta precisión con robots y por las estacio-
móviles a aprovechar el potencial de optimi-
de cilindro, ya completamente montadas,
nes de pruebas, equipadas con sistemas
zación en este campo. Las mejoras en los
hasta una celda en la que el robot las «casa»
láser, que están integradas en las líneas. Una
costes, en la calidad y en la flexibilidad com-
con el correspondiente bloque de motor 9 .
de las estaciones de prueba, por ejemplo,
pensan sobradamente el coste inicial de una
controlada por ordenador, comprueba la es-
planta. Actualmente, la industria automovilís-
tanqueidad del circuito de agua de refrigera-
tica invierte cada año cerca de 300 millones
Sincronización del funcionamiento
ción y de aceite de los motores. En las prue-
de dólares en líneas automatizadas para el
de las líneas de montaje
bas funcionales finales, el agregado es so-
montaje de agregados de vehículos. Lo ca-
Las distintas variantes de producto y el
metido a un chequeo completo a una
racterístico de la nueva situación es que los
montaje sincronizado, secuencial, de los
velocidad de 1000 rpm. El control de estado
fabricantes de automóviles ofrecen con gran
bloques de motor y de las culatas de cilin-
de pruebas identifica los motores defectuo-
rapidez nuevos modelos de vehículos y con
dro plantean altísimas exigencias a la técni-
sos y los señala para que sean llevados a la
más variantes, al mismo tiempo que hacen
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grandes esfuerzos para reducir los costes
nes están un 20 % aproximadamente por
ampliar. Si es necesario añadir una nueva
de inversión y de fabricación. Opel, por
debajo de la norma de la Unión Europea.
variante de producto, se pueden reprogra-
ejemplo, produce cerca de 60 variantes de
Los robots de brazos articulados son
motor, inclusive casos únicos, dependiendo
mucho más flexibles que los autómatas de
de la situación y previsiblemente se llegará
fabricación usuales en los años ochenta, «rí-
mar rápidamente.
150 variantes. Las máquinas, controladas
gidos» y muy especializados. Esto ha sido
Integración de componentes
por ordenador y constantemente adaptadas
posible gracias al vertiginoso desarrollo de la
modulares de automatización
a las exigencias más actuales, pueden pro-
tecnología de robots: los sistemas de robots
Por medio de la integración de otros com-
porcionar importantes ventajas, también en
controlados por ordenador ya se han con-
ponentes de automatización, como son los
cuanto a la vida útil y a la disponibilidad.
vertido en componentes estándar, de alta
sistemas de mando de libre programación,
calidad y de buen precio.
los sistemas de control-mando de fabricación, los sistemas modulares de transporte
Montaje de alta precisión
de piezas y la avanzadísima tecnología de
La precisión y flexibilidad de producción es
Sistemas de robots flexibles
accionamientos, medición y ensayos se ha
un factor fundamental para fabricar motores
y económicos
hecho posible realizar soluciones de siste-
de alta calidad, económicos y adecuados al
Los modernos robots no sólo son más rápi-
ma de nuevo tipo y específicas para el
medio ambiente. Buen ejemplo de ello es el
dos que sus predecesores. También ofrecen
cliente, que son mucho mejores en cuanto
motor Ecotec de Opel, que ha sido el primer
una capacidad portante mucho mayor, de
a calidad, disponibilidad, productividad y
fabricante de automóviles en combinar, en
hasta 180 kilogramos, y mayor radio de tra-
rendimiento que los conceptos clásicos de automatización.
estos motores, la técnica de cuatro válvulas,
bajo, que ha pasado de 4 a 5 m. Gracias a
la inyección directa y la sobrealimentación.
los nuevos sistemas de mando se ha conse-
Cada vez más frecuentemente, la plani-
Los motores están disponibles en versiones
guido mejorar notablemente la precisión con
ficación de este tipo de instalaciones corre
de 2,0 y 2,2 litros, con 82, 100 o 120 cv.
que trabajan. Actualmente se realizan sin
por cuenta de especialistas de sistema.
Estos motores de nuevo desarrollo, optimi-
problema alguno operaciones de montaje
Gracias a su amplio know-how y a su ex-
zados en cuanto a consumo de combustible
con una precisión de hasta 1/10 mm, o in-
periencia, los fabricantes de robots se han
y a emisión de gases, disponen de un nuevo
cluso mejor, a velocidades de 2 m/s.
convertido en ofertantes de sistemas com-
sistema de control de válvulas con un solo
La rentabilidad de los robots de brazo
pletos para la automatización del montaje.
árbol de levas. Una leva no abre sólo una
articulado ha aumentado significativamente
ABB Flexible Powertrain Assembly GmbH,
válvula como es lo corriente, sino que, por
y su disponibilidad alcanza actualmente
actuando como suministrador de siste-
medio de un puente, abre dos válvulas, una
cerca de 100 %. Además, los precios se
mas, colabora estrechamente con sus
de admisión y otra de escape. Así se reduce
han reducido a la mitad durante los últimos
clientes para desarrollar e instalar en cual-
en cerca del 30 % el rozamiento en el meca-
diez años. Los sistemas de automatización
quier lugar del mundo líneas robotizadas
nismo de válvulas, lo que permite ahorrar
robotizados se adaptan fácilmente a las
de montaje.
hasta un 17 % de combustible. Las emisio-
nuevas exigencias y además son fáciles de
Los paneles estandarizados de control proporcionan a los operadores una interfaz uniforme, contribuyendo al objetivo general de producción con cero fallos.
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El sistema modular de transporte a nivel de suelo, parte del nuevo concepto de instalación «Daisy-Plus», es flexible y cómodo para el usuario.
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Esquema de la línea de montaje de culatas de cilindros de Opel, con 16 robots ABB y 21 estaciones de automatización
13
18 19 Una combinación óptima de estaciones de robots y de trabajo manual
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Arranque Colocación de la culata de cilindro sobre la paleta de montaje Montaje de las cajas de resortes Montaje de las juntas de eje de válvula Girar la culata de cilindro, aceitar la guía de válvula Montaje de la válvula de escape Montaje de la válvula de admisión Ensayo de estanqueidad Montaje de los resortes de válvula Montaje de las cajas de resortes Montaje de las cuñas de válvula Control con sistema láser Agitado para extraer cuerpos extraños Montaje de los empujadores Montaje de las boquillas de inyección Montaje del travesaño Ensayo de estanqueidad Atornillado de los vástagos de admisión y escape Montaje de los puentes de válvula Montaje del eje de levas Montaje de la bujías Limpieza del portapiezas Almacenamiento de la culata de cilindro Final
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Esquema del sistema de montaje de motores y culatas de cilindro de la fábrica Opel
1
20 21
El abandono de las complejas máquinas monofuncionales y la utilización en su lugar de estaciones de automatización modulares y flexibles, usadas como «máquinas estándar», es la característica fundamental que distingue los conceptos de montaje de ABB.
22 23 24 25 26
Zona tampón de pruebas Lavado de los portapiezas Colocación del bloque de motor sobre el portapiezas Compresión de manguitos en el bloque de motor Soltar el tornillo de la tapa de cojinete, extraer la tapa de cojinete principal y los tornillos y colocarla en el portapiezas Montaje de la bomba de inyección Team-loop: los portapiezas se desplazan a velocidad constante, los operarios montan las piezas en el objeto en movimiento Colocación del cigüeñal Apretar los tornillos de la tapa de cojinete principal Apretar los tornillos de la tapa de cojinete de biela Medir la proyección del émbolo Montaje del rodamiento de agujas y del anillo de estanqueidad del eje radial Atornillado de la tapa frontal Montaje y atornillado del volante de inercia Atornillado del depósito de aceite Girar el motor y montar la junta de culata de cilindro Montaje de la culata de cilindro y de los tornillos de la misma Atornillado de la culata de cilindro Ajustar el motor de mando y colocar el tornillo central Atornillar la parte inferior de la admisión Atornillar la parte superior de la admisión y la tapa de culata Prueba de estanqueidad Llenar el motor con aceite Ensayo final de funcionamiento Montaje del embrague Transferencia de la línea de montaje a la sección de pruebas
Otras particularidades son las estaciones de automatización independientes, la separación entre el sistema de transporte y las estaciones de automatización y la instalación de un sistema descentralizado de control. La
Autores
empresa de Langenfeld ya dispone de diver-
Dr. Walter Kimmelmann
sas patentes de operaciones complejas
Friedrich Wolbring
como son, por ejemplo, el montaje automa-
ABB Flexible Powertrain Assembly GmbH
tizado de válvulas y empujadores. El objetivo
Postfach 1105
es, en cualquier caso, encontrar una combi-
D-40736 Langenfeld, Alemania
nación razonable entre las estaciones auto-
Telefax: +49 2173 987 546
máticas y las estaciones de trabajo manual
E-mail:
para conseguir el máximo beneficio para el
[email protected]
cliente 12 , 13 .
[email protected]
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