Curso de ingeniería automotriz online

Curso de ingeniería automotriz online

​Automotive Design & Marketing Management

Fuente: Tesla

5 - FABRICACIÓN DE AUTOMÓVILES

Entramos en una nueva fase del proceso de diseño y desarrollo de un automóvil. A lo largo de este curso de automoción enfocado al diseño y al marketing hemos visto todas las etapas necesarias para tener el coche totalmente desarrollado para comenzar su producción. Esta fase es importante incluso para el diseñador automotriz, ya que es esencial conocer cómo se produce un modelo y qué implica a nivel de costes cualquier cambio que se quiera realizar en el diseño. Por ejemplo, dibujar un coche en dos tonos es sumamente fácil una vez tenemos el boceto preparado, pero este detalle estilístico implica una bifurcación en la línea de producción, en la cual dos líneas irán paralelas; esto lógicamente supone un coste extra importante para el fabricante.

En esta fase obtiene mucha importancia la ingeniería, a nivel de producción, organización industrial, supply chain, ect. Vamos a ver dos elementos claves muy resumidos: producción industrial y logística, una pequeña introducción histórica que será muy breve, algunos datos muy interesantes sobre cuánto cuesta producir un coche y a partir de ahí comenzaremos a ver las etapas de la fabricación de un vehículo. 

¿Cómo se fabrican los coches?

Tras ver las fases anteriores, ya estamos preparados para iniciar la fase de producción. Aquí veremos cómo se fabrican los vehículos.
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Antes de comenzar a fabricar, entran en juego dos áreas fuertemente marcadas que veremos de forma realmente breve:

• Producción industrial.
• Logística del automóvil.

5 .1- PRODUCCIÓN INDUSTRIAL

Producción industrial de un automóvil

​El primer paso es diseñar los medios necesarios para la producción: matrices, moldes, utillajes y herramientas, así como los procesos productivos y sus procedimientos asociados.

Para esta parte, el vehículo estará totalmente diseñado en su versión final y hemos realizado miles de kilómetros para comprobar que el coche realmente funciona y se comporta tal y cómo deseamos. Sería un error fatídico si hubiera que realizar un cambio mínimo, ya sea por problemas en la fabricación o por el funcionamiento del vehículo una vez se haya comercializado. Por ello, hay que estar totalmente seguro de que el coche lo tenemos en la versión final. Una variación mínima en una pieza puede implicar la realización de nuevos moldes que pueden suponer costes de uno o dos millones de euros. Por lo que en este punto ya no puede haber más cambios de diseño, o al menos esa es la teoría. 

El diseño de estos moldes también se simula a ordenador y existe una verdadera industria automovilística especializada en este tema,  ya sea para inyección como para estampación. Aunque en este punto nos centraremos en la estampación, no en la inyección de plástico. 
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Además, para quienes no disponen de estudios universitarios y desean trabajar en automoción, la profesión de ajustador de moldes está muy bien renumerada. 

Las dos primeras imágenes son simulación de moldeo por inyección y las otras son diseño de moldes para estampación.
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Field Mold Solutions Ltd

Broadtech engineering

Fuente: Conex

Fuente: schwartz-wba

Hay que tener en cuenta que en esta fase del desarrollo del automóvil encontramos la máxima expresión de la industrialización. Un pequeño cambio no atañe a un solo vehículo, sino a miles de ellos, que serán vendidos durante años en muchos países alrededor del mundo. Esta es una de las principales diferencias entre un diseñador y un ingeniero en diseño industrial, no se diseña para una única unidad, sino para una serie producida industrialmente. Por lo que un leve incremento del coste de producción, se multiplicaría por las miles de unidades fabricadas.  

5.2- LOGÍSTICA

¿Que son Tier1, tier2, tier3?

Este es el concepto que vamos a ver de la logística, todos los profesionales del sector están familiarizados con estos términos.

Los Tiers son los proveedores. En la cadena de suministros, un Tier3 provee material a un Tier2, y este a su vez provee material al Tier1. Por tanto, el componente fabricado por el Tier1 se nutre de componentes fabricados por el Tier2, y este a su vez por el Tier3. Además de esto, podemos encontrar el término Tier4 que hace referencia a la materia prima.
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En algunos países, el Tier3 hace referencia a un componente mecánico y el Tier2 al componente electrónico.
Una vez está diseñada la logística y los medios de producción necesarios, podemos ver cómo se fabrica un coche.

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¿Cuánto cuesta fabricar un coche?

 Estas cifras son clave para dominar el negocio de la automoción, los porcentajes exactos, entre otra información de enorme valor lo encontrarás en nuestro libro. Subscríbete a la newsletter para conocer más.

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Imaginemos que decidimos fabricar nuestro propio vehículo, y empleamos los mismos faros que se usaron en otros modelos anteriormente, una práctica muy habitual sobre todo en vehículos de baja producción.

Entonces, podemos negociar con nuestro proveedor un precio mucho más económico que si fueran unos faros diseñados a medida, porque el proveedor se va a ahorrar costes de diseño y desarrollo, pero también porque ya amortizó el utillaje empleado para fabricar miles de faros para otro marca. Estos detalles parecen insignificantes cuando tenemos un papel y un bolígrafo y dibujamos un coche, pero suponen la diferencia entre que un proyecto se haga realidad o no pase del dibujo en papel. 

​Aquí vemos algunos de tantos ejemplos de la industria en las que distintos modelos de coches comparten los mismos faros. Esto, lógicamente, se comprende de forma global al tener el libro. Pero aún así, os podéis hacer una idea general del ahorro de costes que suponen piezas tan fácilmente reconocibles como unos faros.

Hyundai Sonata III

Noble M12

rover216

Jaguar xj220

Lancia Thesis

Morgan Aeromax

Peugeot 206

Ascari KZ1

Fiat Punto

MG Xpower

Ford Focus

SSC Ultimate Aero

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FASES DE LA PRODUCCIÓN DE UN COCHE

Fases de la fabricación de un coche

​Con toda la introducción que hemos visto anteriormente, ya estamos listos para comenzar a ver los distintos pasos que se realizan en la producción de un coche en la fábrica. Como diseñadores e ingenieros de automoción, estaremos en un punto del proceso en el que el coche se ha ensayado y que, además, se ha probado que sea factible para su producción. La fábrica estará instalada con miles de costosos brazos robots, los proveedores estarán ansiosos por hacer llegar sus primeros envíos y si la fábrica es nueva, miles de trabajadores habrán conseguido un nuevo puesto de trabajo gracias al coche que has diseñado. La responsabilidad es enorme, por lo que nada puede fallar en este punto.  Para cualquier ingeniero de automoción es esencial conocer todo este proceso. 

Las fases las dividimos en las siguientes:

1. Prensado de chapas metálicas
2. Ensamblaje de la carrocería
3. Proceso de pintura de un automóvil
4. Montaje de los componentes
5. Control de calidad final

Lo veremos de forma simplificada, en el libro, lo veremos con mayor profundidad y desvelando las claves del negocio de la automoción.

Fase 1: Prensado de chapas metálicas

El primer paso es obtener el acero que formará la carrocería y otros componentes estructurales del vehículo. Para ello, el acero es laminado en unos rodillos gigantes creando una serie de planchas de distintos grosores. Normalmente este paso se externaliza, aunque algunos grandes fabricantes controlan todo este proceso de principio a fin. 

Fuente: georg

Fuente: Georg

Una vez tenemos las láminas de acero, pasaremos a conformar cada una de las piezas en un proceso denominado estampación.

En el proceso de estampación en automoción ocurre lo siguiente: Una cinta transportadora traslada las planchas a la zona de la prensa. Normalmente unos brazos robot con ventosas en sus extremos colocan la plancha metálica ya recortada en la cinta, entonces la prensa descenderá y dará la forma requerida a la pieza. Nada más terminar, otro brazo robot retira la pieza hacia una cinta transportadora de salida, mientras a su vez el primer brazo robot está colocando la siguiente plancha para estampar. Este movimiento está perfectamente coordinado para que no haya pérdidas innecesarias de tiempo. De este modo, las piezas salen a una velocidad realmente alta, gracias a un proceso perfectamente sincronizado.

Fuente: Gestamp

Fuente: Jom

La zona de prensa también está equipada con un juego de troqueles para cortar o perforar la pieza, pudiéndose intercambiar automáticamente. ​

Fase 2: Ensamblaje de la carrocería 

Una vez están todas las piezas metálicas conformadas, se ensamblan los paneles de la carrocería del coche. El vehículo avanza por una cadena de montaje y una serie de brazos robots van ensamblando las distintas partes del coche. En la primera etapa se ensamblan las partes fijas y en la segunda las partes móviles, como las puertas y el maletero.
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Esta parte del proceso parece sacada de una película de ciencia ficción. Multitud de brazos robots realizando una coreografía perfecta, aquí podemos verlo en vídeo: 

El nivel de automatización es de los más altos que se pueda ver, sea cual sea la industria. Se trata de miles de robots perfectamente sincronizados para realizar las distintas tareas con un grado de precisión casi perfecto.
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Desde el inicio del proceso, cada vehículo está identificado y se sabe a ciencia cierta por las estaciones que deberá pasar el vehículo, qué pintura llevará, y que equipamiento será instalado.

Fuente: Fanuc y Audi

Esto representa una gran dificultad a la hora de diseñar la estación y calcular el número de robots y de operaciones a realizar

Fuente: Bmw press

Después de fabricar la plataforma, se le unen los laterales del vehículo dando lugar al chasis autoportante. Normalmente se unen empleando la soldadura por puntos, aunque también se puede hacer por remaches si los materiales fueran incompatibles para ser soldados; o en el caso del aluminio que se hace por láser. Estos laterales, si estuvieran compuestos por varias piezas, se hubiesen ido uniendo en una línea paralela a la vez que se realizaba el chasis del coche. Cuando hablamos del chasis, hacemos referencia al suelo del coche pero no al eje motriz del vehículo. Esto va por una línea independiente.
 
Después, se monta el techo y los travesaños inferiores. Aquí ya tendríamos toda la estructura del coche montada, pero sin ningún componente. Por último, se colocan los elementos móviles, es decir, las puertas, el capó y el maletero. Hay un brazo robot que comprueba la correcta apertura de todos estos elementos antes de pasar a la siguiente fase. 

Fuente: kuka

Entre fase y fase se realizan distintos controles de calidad para asegurar que todo está siendo fabricado debidamente. No tendría sentido realizar un único control de calidad al final cuando se podría haber detectado algún error en una fase inicial. 

¿Qué es un brazo robot?

Si deseas trabajar en automoción, tendrás que estar familiarizado con los brazos robots. Aunque trabajes en la parte de diseño conceptual, siempre es importante conocer cómo se fabrica un coche. Cualquier fábrica que produzca en masa un vehículo está completamente invadida de brazos robots.

Estos brazos están programados para hacer una serie de movimientos concretos, pero la unión de todos ellos nos deja imágenes tan espectaculares como las vistas en el vídeo anterior.

Estos robots pueden llevar en sus extremos tantos componentes distintos como puedas imaginar. En la línea de producción, estos brazos suelen estar equipados con distintos tipo de manipuladores para mover los componentes, como bases con chupones o garras.
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También se equipan con pinzas de soldadura por puntos para unir las distintas partes de la carrocería. Están programados para limpiar y cambiar ellos mismos los electrodos. 

Fuente: BMW

A pesar de su gran tamaño son tan precisos que se usan para verificar las dimensiones exactas de un componente o para controlar que una pieza está exactamente en la posición correcta. Esto es de gran importancia, ya que antes de empezar a soldar las distintas partes del coche se debe comprobar que cada pieza está en el lugar correcto. Lo mismo para el resto de operaciones, como ejemplo, también se emplean para verificar que el interior de los cilindros del motor miden exactamente lo requerido. 

Estos brazos robots serán los mismos que se usarán en la parte final del proceso de pintura, tanto los que aplican el sellador como los que dan las capas finales de pintura gracias a unas pistolas especiales acopladas en el extremo.
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Hay una cantidad y variedad increíble de brazos robots en cualquier fábrica de producción industrializada, con multitud de soluciones distintas. Algunos miden solamente medio metro, pero otros pueden medir hasta seis metros de altura. 

Fuente: BMW

Pero diseñar un brazo robot no implica únicamente programar las coordenadas y los tiempos para que realice los movimientos que desees. El cálculo de la dinámica de un brazo robot es realmente complejo debido a las fuerzas inerciales del mismo.

A mayor sea el tamaño del brazo robot, mayor peso tendrá. Por lo tanto, mayor inercia experimentará y más complicado será conseguir precisión en la posición final de cada uno de sus movimientos. Es por ello, que los robots más grandes tienden a moverse más lentos, y además, reposan unas décimas de segundo entre cada movimiento. Todas estas pequeñas paradas son pérdidas de tiempo, así que hay que tenerlas muy en cuenta. También se diseñan los brazos tan ligeros como se pueda, para minimizar los efectos de la inercia. Del mismo modo, se traslada toda la masa posible a la base del robot en vez de al extremo del brazo, para generar fuerzas inerciales más reducidas.
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Cada día se está implantando más la inteligencia artificial en estos robots, por lo que no necesitan programación para cada trayectoria, sino que son capaces de decidir qué camino tomar teniendo en cuenta el ambiente que los rodea. 

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