Una calidad sin restricciones es el principio en que se basa la nueva sección de producción de motores en la planta de Mannheim. Para la fabricación de la nueva familia de motores Mercedes-Benz OM 471 se han optimizado hasta el último detalle las instalaciones. Los tres sectores de la planta de Mannheim —fundición, mecanizado y montaje— cooperan estrechamente para garantizar el objetivo común: motores de calidad perfecta. La empresa ha invertido cientos de millones de euros en nuevas instalaciones de producción.
Un motor de la nueva generación de Mercedes-Benz tiene seis días para recorrer todas las estaciones de fabricación, desde el hierro líquido en la fundición hasta el montaje, pasando por las estaciones de mecanizado. Para alcanzar esta meta ambiciosa y deportiva se precisan secuencias de producción perfectamente organizadas. La planta de Mannheim ha elegido a este fin el sistema de «fábrica sincrónica»: los tres sectores de la producción —fundición, mecanizado y montaje— operan como un sistema conjunto con flujo continuo de material, de manera que el stock de componentes es 50% inferior al de las anteriores series de motores.
En este sistema no hay margen para errores; para evitarlos se cuenta con empleados altamente cualificados, un sofisticado sistema de producción, un equipamiento técnico de gama alta y numerosos controles estadísticos de calidad. Todos los sectores cooperan estrechamente, tanto conceptualmente como en la disposición material dentro de la planta, con lo que disminuyen las distancias que hay que salvar en los suministros internos.
Los intensos preparativos garantizan una calidad de primera desde el comienzo. Los primeros motores de la nueva generación Mercedes-Benz OM 471 salieron de la línea de montaje el pasado verano. En una segunda etapa, desde fines del año 2010, se está intensificando la cualificación de todos los operarios. El comienzo de la producción en serie en estas fechas constituye una fase preliminar para el incremento sucesivo de las cifras de fabricación en el tercer trimestre de este año. Una vez que se hayan introducido en el mercado todos los motores de la nueva familia, la planta de Mannheim podrá alcanzar una producción anual de más de 100 000 grupos de propulsión de esta generación.
Fundición: materiales de diseño para las piezas de fundición
El primer paso en la producción de los motores es la fundición propia de la planta. Al hablar de la moderna fundición de Mannheim hay que quitarse de la cabeza la imagen clásica de una instalación de este tipo, con calor extremo, condiciones duras de trabajo y maestros de colada actuando como magos expertos en la conversión del metal. La nueva planta de producción de alta tecnología dispone de la instalación de fundición más moderna del mundo, con la máxima productividad y la mínima cuota de desecho. A diferencia de otras factorías de producción de motores, la fundición está plenamente integrada en el proceso de producción de la planta de Mannheim. En la fundición se producen los bloques motor, las culatas y los volantes de inercia para la nueva generación de motores.
Algunos procedimientos de colada están patentados y son fruto de la cooperación de la sección de fundición con universidades en el desarrollo de materiales propios para la nueva generación de motores. La fundición gris del bloque motor, por ejemplo, presenta una composición especial. Este singular material de diseño se produce exclusivamente en los hornos de fusión de la planta de Mannheim. No se puede comprar en ningún lugar, y la receta es secreta. Su composición mejora las propiedades de las piezas de fundición, que alcanzan casi el elevado nivel del hierro fundido con grafito vermicular. Este material se emplea en la culata, una de las piezas más delicadas del motor.
Los robots producen moldes de arena ultrafina
La precisión extrema en la producción se refleja también en la fabricación completamente automatizada de los moldes para la colada. Por primera vez se utilizan robots para producir los moldes de arena: un importante desafío técnico. En Mannheim se utiliza un material de máxima pureza, exento de polvo: para los granos de arena se ha definido un diámetro de 0,35 mm y la tolerancia del tamaño medio de los granos está limitada a 0,02 mm. Los machos aglomerados con resina sintética configuran la forma interior de las piezas de fundición, mientras que las formas exteriores se conforman con moldes de arena ligados con arcilla. La planta de Mannheim utiliza para la gestión de la arena un circuito cerrado al 90%: un atributo singular que hace de esta planta la referencia en el mercado y acredita su compatibilidad medioambiental.
Temperaturas de colada en torno a los 1.400° C, reposo después de la colada
La colada se realiza de forma prácticamente automática, aislada del aire y de la atmósfera. La temperatura de colada está definida con precisión: 1.395 grados para el bloque motor y 1.450 grados para las culatas. A continuación, después de una primera fase de enfriamiento, las piezas de fundición reposan durante al menos cuatro horas en el lecho de arena: cualquier manipulación durante esta fase haría el material frágil y quebradizo. Al final de este periodo de tiempo, las piezas tienen todavía una temperatura en torno a los 650 grados y se enfrían de forma precisa en contacto con el aire del entorno durante otras 12 horas. Una vez que han alcanzado la temperatura ambiente puede proseguir el mecanizado.
En esta fase, la superficie de las piezas de fundición no despide brillo metálico, sino que es de color negro. Las piezas están recubiertas por una fina capa de arena. La coloración es resultado de la mezcla de la arena de los machos con carbono para evitar que se combine con el hierro líquido durante la colada. La arena se elimina mediante un chorro de granalla de acero. En un proceso situado a continuación, denominado desbarbado, se eliminan las escasas rebabas en las piezas de fundición.
Fundición de canales y conducciones en la culata
Vale la pena echar un vistazo a las piezas de fundición acabadas: la culata de los nuevos propulsores es la más compleja utilizada en un motor de estas dimensiones. En la culata se producen por fundición los canales de retorno de aceite, los canales de agua y las conducciones de retorno de combustible. Por este motivo, puede prescindirse de numerosos tubos y conducciones tendidos habitualmente en torno al motor. De esa manera se facilita el montaje y se alcanza una hermeticidad extraordinaria en el motor.
El arte de configurar procesos perfectos: colada de hierro en Mannheim
Una consecuencia notable de la nueva tecnología de fabricación: la colada de hierro ha dejado de ser un arte difícil de dominar para convertirse en un proceso de máxima seguridad. La planta de Mannheim, que lidera el conjunto de factorías de motores dentro del Grupo de empresas, ha traspasado esta tecnología a otras fábricas. Por ejemplo: el bloque motor del nuevo motor Mercedes-Benz OM 471 con 12,8 litros de cilindrada se fabrica en la planta Atlantis Foundries en Ciudad del Cabo (Sudáfrica) utilizando un procedimiento idéntico. Estos componentes se transportan a Mannheim para su mecanizado y, por consiguiente, son las piezas de la nueva familia de motores que más kilómetros recorren durante su producción.
Una de las mayores estaciones de mecanizado del mundo para las «5 C» de los motores de vehículos industriales
La sección de mecanizado se encuentra en la cercanía inmediata de la fundición. Se trata de una de las mayores estaciones de su tipo en el mundo, con una capacidad de procesado de 100.000 toneladas de fundición por año. Aquí se mecanizan los componentes metálicos esenciales del motor, conocidos en el jergón técnico como las «5 C»: cylinder head (culata), camshaft (árbol de levas), crankcase (bloque motor), crankshaft (cigüeñal), connecting rod (bielas). Al igual que sucede en la fundición, la sección de mecanizado de la planta de Mannheim ha llevado a sus límites la tecnología disponible y puede trabajar con tolerancias extremadamente bajas, como acreditan los ejemplos descritos a continuación.
El primer árbol de levas compuesto para motores pesados
Una de las especialidades de la tecnología de motores y de fabricación de la nueva generación de propulsores es el primer árbol de levas compuesto para motores en vehículos industriales pesados. La fabricación por separado del árbol y las levas en un árbol de levas compuesto permite seleccionar los materiales y el método de mecanizado ideales para cada uno de los componentes. Pero, al mismo tiempo, esta tecnológica exige enormes conocimientos y experiencia.
El árbol propiamente dicho no es macizo, sino tubular, con el fin de ahorrar peso. Las levas precalentadas se expanden, se colocan exactamente en su posición y se contraen de nuevo. Este procedimiento garantiza una unión de alta resistencia en arrastre de forma, con alta precisión: las levas se colocan con una precisión de 2 µ (1 µ o micra corresponde a una milésima de milímetro). En comparación con los árboles de levas convencionales producidos por mecanizado en una sola pieza, los componentes compuestos presentan ventajas patentes: pesan la mitad, los costes de producción son aproximadamente un tercio inferiores y se generan muchos menos desechos.
Muchos procedimientos espectaculares y exclusivos de mecanizado
En la sección de mecanizado de la planta de Mannheim llaman la atención otros procedimientos espectaculares. Por ejemplo, los profundos taladros para conducciones dentro de la culata, con un diámetro menor de 10 mm y una profundidad de hasta 900 mm, mecanizados con una precisión de 10 µ, es decir, una centésima de milímetro.
Por primera vez, el cigüeñal se rectifica en la planta de Mannheim en una sola pasada, y no en dos como hasta ahora. Por consiguiente, la pieza tiene que sujetarse una sola vez en la herramienta y aumenta considerablemente la precisión. Después del rectificado en una sola pasada, la excentricidad de los árboles no supera una cota máxima de 0,2 mm, con lo que se facilitan las tareas de repasado.
Otra de las particularidades de esta sección es el bruñido de plataforma de las camisas de los cilindros en los nuevos motores. El bruñido (alisado) propiamente dicho se realiza como hasta ahora con estrías cruzadas, y se añade una pasada adicional utilizando una herramienta especial para suprimir las puntas de rugosidad en la superficie mecanizada. De ese modo se logra una superficie similar a una plataforma con bolsas de aceite. En los motores producidos con procedimientos convencionales, esta textura superficial resulta de la fricción de los segmentos de los pistones con las camisas de los cilindros durante el periodo de rodaje de los motores nuevos. En la nueva generación de motores se suprime este periodo de rodaje y, por tanto, el desgaste correspondiente. Como resultado, la humectación de la superficie de deslizamiento con aceite es más homogénea y se impide un «fresado» de los segmentos. Otro efecto positivo es la disminución del consumo de aceite en unos dos tercios en comparación con un motor convencional.
La sección de mecanizado trabaja en régimen híbrido: es decir, las instalaciones están formadas por líneas de transferencia y muchos centros de mecanizado. La instalación obedece a una estructura modular: a medida que aumenten las cifras de producción de la nueva generación de motores se incrementará de forma progresiva el ritmo de producción mediante la inversión en nueva maquinaria.
Limpieza clínica en la planta completa de producción
La precisión extrema en la fundición y en la sección de montaje va unida a máxima limpieza en todas las fases de producción. Antes de proseguir el procesado, las piezas se limpian a fondo utilizando distintos procedimientos: granallado con granos de acero, ultrasonidos o aplicación de agentes líquidos en chorro. De esa manera, el interior de las grandes piezas de fundición, como el bloque motor, está tan limpio como las conducciones de plástico recibidas de los proveedores. El tamaño máximo de las partículas es menor de 1 µ. Como comparación: un pelo humano tiene un espesor aproximado de 0,1 mm, esto es, 100 µ.
«Factor Illig»: el baremo de limpieza en la industria del automóvil
Un laboratorio propio de lavado y limpieza supervisa y documenta de forma continuada la pulcritud casi clínica de las piezas. A este efecto se recogen las minúsculas partículas de suciedad residual y se evalúan con ayuda de microscopios especiales. El jefe del laboratorio en la planta de Mannheim ha dado incluso su nombre al llamado «factor Illig», una fórmula que describe la limpieza técnica de las piezas mecanizadas que ha adquirido vigencia en toda la industria del automóvil desde otoño del año pasado, y que está documentada en las publicaciones de la Asociación Alemana de la Industria Automotriz (VDA).
La limpieza máxima es una de las exigencias de calidad extrema con las que se pretende alcanzar la meta: una producción con cero errores. También forma parte de esta estrategia un sinnúmero de pruebas antes y después de las distintas etapas de mecanizado De ese modo se garantiza que cada pieza individual tenga que superar varias pruebas. Todas las piezas atraviesan antes y después de su procesamiento en la fundición y en la sección de mecanizado varias puertas de calidad, en donde se realizan intensas pruebas.
Montaje: producción de motores casi en un ambiente de «sala blanca»
Precisión y limpieza son asimismo dos de los atributos esenciales de la sección de montaje de la nueva generación de motores. En la nave 150, edificada en el año 2007 para la producción de la nueva generación de motores, se mantiene permanentemente una cierta sobrepresión para evitar que pueda entrar polvo del exterior. Para el suministro de materiales y para la expedición se utilizan esclusas situadas fuera de la nave propiamente dicha.
También se ha perfeccionado el proceso de montaje de los motores, con una participación esencial de los operarios: a este fin, los mecánicos de la sección de motores trabajaron durante una semana entera bajo la supervisión de los especialistas de seguridad laboral y aseguramiento de la calidad, produciendo motores, simulando las estaciones individuales de este proceso y documentando todos los «trucos y consejos» en el sistema de aprendizaje para la producción. De ese modo, trabajando conjuntamente, se encontraron nuevas vías para un montaje de motores sin igual en el mundo.
Los directivos y los empleados organizan conjuntamente las secuencias diarias de trabajo en cada línea de montaje dentro de la llamada SFM (Shopfloor-Management, 'Gestión de planta'). Todos los días, a las 7:30 h de la mañana, los equipos de producción se reúnen, comentan los índices del día anterior, mencionan en caso necesario las incidencias y se asignan las tareas a los empleados. A las 13:00 h se tratan todos los temas pendientes de resolución. Esta secuencia de operación está estandarizada en todo el mundo.
El primer paso: grabado de la placa identificativa
En la sección de montaje, los motores se desplazan de estación a estación dentro de la nave 150 sobre sistemas de transporte no tripulados. El primer paso en la producción es el grabado: en una cabina se rotula la placa identificativa sobre el bloque motor. A continuación da comienzo el montaje del cigüeñal y los cilindros y se coloca el cárter de aceite: con ello se ha completado el bloque motor.
En paralelo a estas tareas se ensamblan por separado las piezas de la culata, incluyendo las válvulas. Las estaciones de preensamblado están dispuestas en la cercanía inmediata de la línea de montaje, con arreglo a una estructura de raspa de pez. La culata se sujeta al bloque motor con 36 tornillos. Un atornillador múltiple de funcionamiento completamente automático con cuatro husillos aprieta los tornillos en el orden definido y con el par de apriete prescrito.
Una vez colocada la culata se montan los árboles de levas y los balancines para accionamiento de las válvulas. Un operario se encarga de ajustar el juego de las válvulas en una estación desarrollada específicamente en la planta. Una vez montado el engranaje de distribución, el motor está en orden de servicio desde el punto de vista mecánico. Seguidamente se montan el volante de inercia, los mazos de cables y la gestión del motor, los módulos de filtros y el turbocompresor. El motor se pinta a continuación con esmalte transparente. Por ello, todas las piezas de la nueva familia de motores brillan en su color original.
Los motores se presentan a sí mismos en cada una de las estaciones
La técnica asiste a los técnicos de montaje en su trabajo. Por ejemplo: cada motor se da a conocer automáticamente con sus datos al llegar a cada estación. En base a estas informaciones, el técnico recoge las piezas necesarias de un sistema de estanterías «pick-to-light». Esta designación (luz y toma) describe el principio en que se basa el sistema: el operario recoge componentes individuales de la estantería hasta que se apague la luz verde en el compartimento correspondiente. Los datos del motor se utilizan también para ajustar automáticamente el par y el ángulo de apriete de los tornillos.
Confiar es bueno, controlar…
Si se presenta algún problema durante el montaje, el técnico de montaje acciona el botón de alarma. Si transcurre el 70% del tiempo previsto para ello en la estación y no se ha solucionado todavía el problema, acude una segunda persona para ayudar a solucionar la situación. Los problemas se solucionan en el lugar donde se han presentado: no es posible sacar un motor de la línea de montaje
Dentro de la línea de montaje se han intercalado numerosas comprobaciones de calidad. Cada motor individual tiene que superar varios controles detallados. Al final de la línea, el motor atraviesa una puerta de calidad destacada por llamativas columnas. Dos técnicos de montaje controlan aquí el motor, según el principio de «cuatro ojos». Se verifican la hermeticidad y el equipo eléctrico, e incluso se hace girar el cigüeñal para medir la resistencia por fricción.
Los empleados utilizan distintas listas en las puertas de calidad. Se trata, en primer lugar, de la lista de chequeo general para la puerta correspondiente. Si se ha encontrado un error en un motor terminado, o durante el uso por el cliente, se controlan todos los motores producidos en el punto correspondiente hasta que no se repite este error a lo largo de tres semanas. Si se trata de un error en un motor individual, se verifica de nuevo la subsanación. Durante el comienzo de la producción en serie de la nueva generación de motores, los especialistas controlan incluso la localización de averías misma: para ello, introducen pequeños errores y comprueban que se identifican dentro del marco de los controles ordinarios.
Pruebas de motores, utilizando incluso micrófonos direccionales
Por último se controlan todos los motores en bancos de pruebas. A este fin se han previsto en la nave de montaje ocho celdas de pruebas. Los motores se verifican en frío y, brevemente, en caliente. De ese modo es posible alcanzar el máximo nivel de calidad y, al mismo tiempo, acortar la duración de las pruebas a menos de diez minutos por motor. Es la primera vez en el mundo que se consigue combinar pruebas en frío y en caliente con motores pesados en un mismo banco de pruebas. A fin de poder localizar posibles anomalías se realizan mediciones de ruido corporal en los motores, utilizando micrófonos direccionales.
La línea de montaje en la nave 150 se está modificando actualmente para el comienzo de la producción en serie de los motores. A finales de 2011, una vez concluidas las obras, será la instalación de montaje de motores más moderna del mundo.
Logística perfecta en la expedición de motores
La sección de expedición de motores se caracteriza igualmente por su máxima eficiencia. Está situada en la cercanía inmediata de la nave de montaje. El carril que utilizan los camiones se encuentra a un nivel inferior, por lo que la manipulación de los motores para el envío se realiza a un mismo nivel. De ese modo se reducen considerablemente las operaciones de manipulación y de elevación de los motores con la carretilla elevadora. La expedición trabaja con secuencias logísticas perfectas. El tiempo necesario ha disminuido de dos días a sólo cuatro horas. Fichas de ruta en los motores acabados indican la hora exacta del envío.
La planta de Mannheim, el centro de un conjunto mundial de producción
La planta de Mannheim es la factoría principal de la fabricación de motores para vehículos industriales de Daimler Trucks en todo el mundo. Desde aquí se controlan todos los procesos logísticos y de calidad dentro del régimen concertado de producción y se asegura de ese modo la calidad y la disponibilidad de los componentes en la red global. En Mannheim se definen los estándares de producción y de calidad, así como los procedimientos y la técnica de las instalaciones. En Mannheim se coordinan además las tareas de gestión regional de proveedores.
La planta es el centro de la red internacional de fabricación de motores de Daimler Trucks. Aquí se fabrican todos los propulsores de la nueva generación de motores de Mercedes-Benz, al igual que los grupos para Fuso en Japón. Detroit Diesel en Estados Unidos dispone de una planta de montaje propia para Norteamérica.
La nueva generación de motores es fruto de una fascinante cooperación a escala mundial: después del comienzo de la producción en serie de los motores para Mercedes-Benz, la planta de Mannheim fabricará todas las culatas, todos los árboles de levas y todos los volantes de inercia, así como los bloques motor para el Mercedes-Benz OM 471 y los cigüeñales para los motores de Mercedes-Benz y Fuso. Los bloques motor para una parte de la familia de motores proceden de la planta Atlantis en Ciudad del Cabo (Sudáfrica), propiedad del Grupo. Las bielas de todos los motores pesados de la nueva generación se fabrican de forma centralizada en los Estados Unidos.
Planta de Mannheim: lo mejor de tres mundos
La planta de Mannheim se beneficia de la intensa cooperación entre varios continentes. Las comparaciones entre las líneas de montaje en Norteamérica y Mannheim permiten mejorar la calidad, fruto del intercambio de experiencias a nivel internacional: si se presenta un problema en un continente, se transmite inmediatamente la información a los otros dos, de modo que especialistas de los tres continentes buscan conjuntamente la solución. A causa de las diferencias horarias, las videoconferencias con Fuso en Japón se llevan a cabo por la mañana, y por la tarde las conferencias con Detroit Diesel en Estados Unidos.
De ese modo, todos se benefician de los conocimientos de los demás. Por ejemplo, la gestión de planta SFM (Shopfloor-Management) implementada en las líneas de montaje en Mannheim procede de Norteamérica. De Japón se ha asumido la mentalidad de calidad sin restricciones. En Japón, por ejemplo, los motores nuevos se rocían con un aerosol de cal y se dejan en funcionamiento durante varias horas para descubrir posibles fugas. En un país donde los conductores de camiones tienen que llevar a cabo a diario una inspección visual implacable con la cabina abatida, se considera una deficiencia hasta la posición inclinada de una placa identificativa. En la nueva generación de motores de Mercedes-Benz, todos los rótulos están alineados con suma precisión.
La nueva planta preserva el entorno y el medio ambiente
En el nuevo layout de la planta de producción de motores en Mannheim, todas las secciones están situadas en una cercanía inmediata: la fundición, el mecanizado, el montaje y la expedición. Esto es un requisito para garantizar máxima eficiencia y, por consiguiente, máxima calidad. Por lo demás, cada sección cuenta con secuencias de producción modernas. Al mismo tiempo, hay que decir que la planta de motores de Mannheim no es una isla: la factoría colinda, por ejemplo, con zonas residenciales. Por este motivo, los edificios de la planta de producción de motores están situados en forma de L, configurando una pantalla de protección acústica para los vecinos. Las ventanas de los edificios orientadas hacia la zona de viviendas no pueden abrirse: la protección acústica ha sido uno de los criterios prioritarios en la reestructuración de las instalaciones de producción.
Trabajar en una bolsa de aire fresco
La protección del medio ambiente y la reducción de costes se aprecian en numerosos detalles. Dentro de la nave de montaje 150, los técnicos de montaje trabajan dentro de una «bolsa de aire fresco»: para la ventilación se utilizan columnas de 2,5 metros de altura. Este procedimiento asegura un clima agradable y, al mismo tiempo, ayuda a reducir en un tercio el consumo de energía para la calefacción y ventilación.
La enorme cuota de reciclaje de la arena para machos en la fundición es otro ejemplo de combinación inteligente de preservación del medio ambiente y reducción de costes: un 92% del material se utiliza de nuevo.
| Fuente: Mercedes-Benz
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