Comparación estructural

Aug 16, 2023

Con el sistema Green Frame, un perno viene preinsertado en cada extremo de la tubería y se aprieta con una llave Allen. Foto cortesía de Lean Factory America LLC

Todas las tuberías utilizadas en el sistema Flexpipe tienen un diámetro de 28 milímetros y están recubiertas de plástico. Las estructuras construidas incluyen bancos de trabajo, estanterías reforzadas y estanterías dinámicas. Foto cortesía de Flexpipe Inc.

Las estructuras de servicio liviano y mediano, como carros, estaciones de trabajo y estantes de flujo, se fabrican con frecuencia con el sistema Creform. Algunos fabricantes también construyen AGV multifunción complejos y racks con sistemas de prevención de errores pick-to-light. Foto cortesía de Creform Corp.

Muchos fabricantes utilizan el sistema de kit de construcción MB para construir carros de manejo de materiales y protección de máquinas típicos. Foto cortesía de artículo America LLC

Los fabricantes e integradores utilizan perfiles de aluminio extruido con ranuras en T para las secciones superiores de las estructuras y las bases pequeñas, así como para los requisitos de protección, estaciones de trabajo y fabricación ajustada. Foto cortesía de Bosch Rexroth Corp.

Las lecciones aprendidas en la infancia a menudo duran toda la vida. Lo mismo puede decirse de las habilidades adquiridas, como construir cosas con conjuntos de construcción, Legos y Lincoln Logs. Es muy probable que las personas que dominaron y disfrutaron estos juguetes clásicos sean las mismas personas que utilizan estructuras de extrusión con ranura en T, sistemas de tuberías y juntas y tubos cuadrados para construir estaciones de trabajo modulares, estanterías de flujo y otras estructuras de producción para los fabricantes.

"El principal atractivo de los sistemas modulares es la flexibilidad que se extiende a lo largo de la vida útil de una estructura", dice Keith Soderlund, vicepresidente de ventas de Creform Corp. Creform ha estado ofreciendo sistemas modulares de tuberías y puntos de acero en los Estados Unidos desde principios de la década de 1980. , aunque su empresa matriz, Yazaki Industrial Chemical Co., desarrolló por primera vez el sistema Creform en Japón a mediados de la década de 1960. "Poder mover cosas fácilmente y hacer pequeños cambios mientras la estructura permanece en su lugar puede ser invaluable".

Flexpipe Inc. también ofrece un sistema de unión y tubería de acero, que se desarrolló en 2009 para ayudar a Bombardier Research Products (BRP) a mejorar la flexibilidad de su línea de producción Spyder (motocicleta de tres ruedas). Antes de eso, Flexpipe soldaba los carros remolcadores que BRP usaba para llevar las piezas del almacenamiento a la línea de montaje.

"BRP quería rediseñar su línea con carros modulares, estaciones de trabajo y racks dinámicos", explica Julien Depelteau, cofundador y director ejecutivo de Flexpipe. "Trabajamos en estrecha colaboración con el líder del equipo de BRP y también nos reunimos con los ensambladores para analizar aspectos como la altura óptima de los componentes y las capacidades máximas de peso. Durante unos meses, creamos nuestro sistema que luego BRP usó para construir fácilmente las estructuras para su nueva línea de ensamblaje. "

Flexpipe y Creform son dos de varios proveedores que fabrican productos de tubería y juntas. Un número igual ofrece sistemas basados ​​en perfiles de aluminio extruido con ranuras en T o tubos cuadrados. Todos estos sistemas ofrecen algo beneficioso para los fabricantes, en general, y los ingenieros de diseño, en particular. Los fabricantes pueden reconfigurar rápida y fácilmente una amplia gama de componentes de la línea de montaje (carros, estaciones de trabajo, tableros de anuncios, etc.) con un mínimo desembolso de capital. Los ingenieros pueden dedicar más tiempo a optimizar los procesos de ensamblaje en lugar de diseñar cada máquina de ensamblaje desde cero.

A principios de la década de 1980, Bosch Rexroth AG ofrecía regularmente visitas guiadas a sus plantas alemanas a los clientes para mostrarles cómo la empresa fabricaba componentes para automóviles y otras piezas utilizando líneas de producción de ensamblaje general. Muchas veces, los clientes preguntaban sobre la estructura de aluminio que Bosch usaba alrededor de sus máquinas, señala Chris Lupfer, gerente de ventas de productos de Bosch Rexroth Corp. (BRC). Estas consultas constantes convencieron a Bosch de comenzar a vender la estructura a fabricantes en Europa como una alternativa flexible al acero soldado.

BRC ha estado vendiendo marcos en los Estados Unidos desde principios de la década de 1990. Los usuarios finales incluyen OEM, Tier 1 e integradores que atienden industrias tan diversas como dispositivos médicos, automotriz, aeroespacial, electrodomésticos y electrónica de consumo.

"Alrededor de 25 años después, las estructuras de acero soldado siguen siendo nuestra principal competencia para aplicaciones de trabajo pesado, pero la estructura de aluminio se ha disparado para todas las demás aplicaciones", dice Paul Koziczynski, gerente de ventas y distribución de BRC. "La mayoría de los fabricantes e integradores utilizan aluminio para las secciones superiores de las estructuras y las bases pequeñas, así como para los requisitos de protección, estaciones de trabajo y fabricación ajustada".

El sistema de enmarcado de Bosch consta de perfiles, conectores, componentes y accesorios de aluminio extruido con ranura en T. Koziczynski dice que hay disponibles más de 125 perfiles de extrusión estándar, que van desde 20 milímetros cuadrados hasta 180 por 360 milímetros. Los clientes pueden cortar cada extrusión a la longitud requerida con una sierra ingletadora.

Los perfiles cuadrados cuentan con una ranura en T en cada lado de 6, 8 o 10 milímetros de ancho. Los perfiles más pequeños cuentan con ranuras más estrechas porque soportan menos peso y requieren conectores más pequeños. Lo contrario es cierto para los perfiles más grandes.

Se ofrecen perfiles especiales para salas limpias y aplicaciones antiestáticas u otras que requieran una estética agradable. Estos perfiles cuentan con laterales lisos para limitar la acumulación de suciedad o polvo. Las aplicaciones de sala limpia se unen con herrajes especiales y juntas hechas para bajo contenido de partículas y resistentes a las acetonas. Para evitar descargas estáticas, todas las piezas de plástico están impregnadas con carbón y las tuercas de metal están dentadas para conductividad.

Se pueden utilizar más de 25 tipos de conectores de aluminio con este sistema, según Lupfer. Después de colocar un perfil en el conector, el ensamblador inserta un tornillo de cabeza Torx o Allen, un perno o un tornillo autorroscante y lo aprieta con una llave de mano para crear una esquina. Esto se hace cuatro veces para crear un marco. No se necesita ninguna otra herramienta para montar y desmontar el sistema.

Las mesas, los paneles laterales, los reposapiés y muchos otros componentes se fijan a los lados del bastidor para crear estructuras como carros de mantenimiento, protección de máquinas, bancos de montaje, estanterías de flujo, estaciones de trabajo y transportadores manuales. Los accesorios van desde ruedas y tapas de perfil hasta soportes giratorios, soportes ajustables entre dos superficies y portacables.

El sistema de kit de construcción MB (MBBKS) de extrusión de aluminio de Item America LLC se remonta a Alemania a principios de la década de 1980. La empresa matriz del proveedor, item Industrietechnik GmbH, fabricaba máquinas para ensamblaje desde 1976 antes de desarrollar su sistema de extrusión para aumentar la flexibilidad de los clientes en el diseño y el ensamblaje.

Philipp Herrmann, director financiero y vicepresidente ejecutivo de ventas y marketing de item America, dice que los distribuidores estadounidenses han ofrecido MBBKS durante los últimos 20 años. Actualmente, incluye cerca de 3500 extrusiones, conectores y accesorios. Anualmente se añaden unos 100 componentes nuevos.

Las extrusiones van desde 20 milímetros cuadrados hasta 160 por 320 milímetros y vienen en cinco versiones, llamadas líneas. Cada línea está numerada según el ancho de su ranura en milímetros. Las líneas 5 y 6 son extrusiones económicas diseñadas especialmente para equipos de prueba y para la industria electrónica. Los perfiles de la línea 8 pueden soportar cargas de tracción de hasta 5000 newtons, lo que los hace lo suficientemente robustos para una amplia gama de aplicaciones.

Herrmann dice que los perfiles de la Línea 10 se utilizan cuando es necesario soportar cargas pesadas pero el espacio es limitado. Estas extrusiones aceptan cargas de tracción de hasta 7000 newtons por conexión roscada. La línea 12 es el perfil más fuerte, con la capacidad de acomodar fuerzas de extracción de hasta 10 000 newtons por conexión. También están disponibles perfiles especiales sin ranuras que se utilizan como protección de bordes o rieles de agarre.

Los ensambladores unen los perfiles a los conectores y accesorios con varios tornillos, pernos y tuercas ranuradas en T que se colocan en las ranuras y se aprietan con herramientas manuales estándar. Se pueden perforar orificios roscados en el orificio central de la extrusión según sea necesario.

Muchos fabricantes utilizan el MBBKS para construir carros de manejo de materiales típicos y protección de máquinas. Otras aplicaciones incluyen estaciones de trabajo interconectadas y móviles, plataformas de montaje (para empresas aeroespaciales), carros de preparación de pedidos, estanterías cantilever y estanterías.

Tanto item como Bosch venden sus componentes de cuatro maneras: perfiles y componentes sin cortar o precortados que instalan los clientes; kits específicos de aplicaciones pedidos por adelantado que construyen los usuarios finales; y estructuras completamente ensambladas fabricadas y entregadas por un distribuidor local. Lupfer dice que este último enfoque representa una parte significativa de las ventas de sistemas de extrusión de Bosch. Herrmann señala que alrededor del 80 por ciento de los usuarios finales de MBBKS en los Estados Unidos solicitan preensamblaje, en comparación con el 30 por ciento en Europa.

El Sistema de Producción de Toyota (TPS) es bien conocido en el mundo del ensamblaje como el modelo inicial para la manufactura esbelta. Una de las primeras empresas en ayudar a Toyota a implementar TPS fue Yazaki Industrial Chemical; primero a través de sus contenedores industriales de plástico y luego con el sistema de tuberías y juntas Creform (abreviatura de create a form).

"Uno de nuestros puntos fuertes es la gran cantidad de piezas que los usuarios pueden elegir para construir todo tipo de estructuras", afirma Soderlund. "Ofrecemos más de 700 piezas, de las cuales el 20 por ciento se usa el 80 por ciento del tiempo. Un kit típico contiene cientos de piezas, por lo que el usuario final puede hacer lo que necesite".

Están disponibles tres tamaños de tubería de acero (28, 32 y 42 milímetros de diámetro) y dos tipos de juntas (metal y plástico). Todas las tuberías cuentan con un revestimiento de plástico adherido de 0,5 milímetros de espesor, pero solo se recomienda la tubería de 42 milímetros para aplicaciones de alta resistencia. Los ensambladores pueden cortar tubos de cualquier tamaño con una sierra circular, una sierra de cinta o un cortador de tubos manual o eléctrico. Creform ofrece tubería precortada a medida por un pequeño cargo adicional. Este tubo está desbarbado en cada extremo.

La tubería se sujeta con juntas de metal y se pega a juntas de plástico de menor costo. Los accesorios se enganchan en el marco de la tubería o se fijan con sujetadores e incluyen ruedas, extrusiones, canales, pies, enganches, abrazaderas y soportes para tuberías, portaetiquetas y transportadores de rodillos. Los sujetadores se aprietan con una llave Allen de 5 milímetros.

"Los fabricantes han tomado lo suave [es decir, componentes simples] y se han vuelto locos", dice Soderlund. "Las estructuras de servicio liviano y mediano son nuestro nicho, por lo que vemos muchas empresas que fabrican carros básicos, estaciones de trabajo y estanterías dinámicas, así como estanterías complejas con sistemas de prevención de errores pick-to-light y AGV [vehículos guiados automatizados] multifunción. "

El sistema de Flexpipe difiere en varios aspectos. Todos los tubos tienen un diámetro de 28 milímetros (con revestimiento de plástico), todas las uniones son de metal (negro galvanizado o plata niquelada) y varios sujetadores (tornillos y tuercas M6 y M8, y tornillos Torx, avellanados y de cabeza cuadrada) están utilizado durante el montaje. Los sujetadores se instalan con una llave Allen de 5 milímetros o una broca.

Los componentes estructurales principales incluyen una amplia gama de pistas de rodillos transportadores, cubiertas y ruedas. Hay más de 35 accesorios disponibles, como cuñas de nivelación, extensiones de tubería, soportes en forma de Y, ganchos, correderas para cajones y barras de remolque.

Los fabricantes de dispositivos aeroespaciales, automotrices, electrodomésticos y médicos son los principales usuarios del sistema, dice Depelteau. Señala que las ventas de la empresa se dividen entre los clientes que compran componentes y construyen sus propias estructuras, y aquellos que hacen que Flexpipe preensamble las estructuras.

Hace algunos años, los representantes del fabricante de volantes de carreras HRE Designs se reunieron con Depelteau para hablar sobre su necesidad de un sistema que mantenga las secciones internas y externas de las llantas de un juego de cuatro ruedas cerca una de la otra durante la producción, que dura un promedio de 13 horas. Los trabajadores de HRE y los gerentes de producción habían pasado mucho tiempo cargando y descargando las secciones en tarimas, carros y estanterías, o buscando secciones en el piso de producción.

Usando el sistema Flexpipe, HRE desarrolló un prototipo de carro de montaje de tubería negra en el que encajaba perfectamente un juego de cuatro ruedas (con un número de pedido específico). Cada número de pedido tenía su propio carro, creando un efecto de flujo de una sola pieza en la fábrica. La orden de trabajo siguió al carrito de flujo en un gancho simple que no se pudo quitar. Los conjuntos de pedidos urgentes se manejaron en carros rojos y los pedidos de autorización de devolución de mercancías en carros azules.

"Desde que incorporó este sistema de manipulación de materiales, HRE ha reducido su tiempo de entrega en un 50 % y el trabajo en curso (WIP) en un 25 %, al tiempo que ha aumentado la superficie útil en un 50 %", explica Depelteau. "Los carros ofrecen una mejor puesta en escena, flujo, seguimiento de pedidos y gestión visual, gracias a su código de colores y marcado FIFO en el suelo. Además, los tiempos de desplazamiento y manipulación se han reducido porque la estación de control de calidad, la línea de montaje y los espacios de embalaje están más cerca unos de otros. "

Aunque se redujo el WIP, el equipo de producción de HRE inicialmente siguió el antiguo nivel de WIP y terminó construyendo demasiados carros. Luego desmantelaron algunos de ellos y usaron las partes para construir un escritorio para el operador y otras estructuras útiles.

El sistema Green Frame combina los beneficios de las tuberías con la creciente aceptación del aluminio como material estructural viable, afirma Kurt Greissinger, vicepresidente de Lean Factory America LLC. Él dice que la tubería de aluminio anodizado de alta calidad brinda la misma capacidad de resistencia que la tubería de acero con un 40 por ciento menos de peso, lo que mejora aún más la flexibilidad de las estructuras construidas.

Green Frame permite mezclar y combinar más de 350 piezas. Hay tres series de tuberías, todas las cuales tienen una función de montaje externo en incrementos de 90 grados. La tubería GF viene con 19, 28 o 43 milímetros de diámetro y varias formas, según la aplicación. Estos incluyen versiones con ranuras en T funcionales, paredes reforzadas, la capacidad de plegarse entre sí, así como tuberías dobles para aplicaciones de alta resistencia.

Los conectores de zinc o aluminio fundidos a presión encajan dentro o fuera de la tubería. Vienen preensamblados con todo el hardware necesario para un apriete rápido con una llave Allen. Los conectores, combinados con características de montaje de 90 grados, aseguran la perpendicularidad.

Los soportes de paneles, las piezas lineales y giratorias, los componentes de puertas y los pies son los componentes clave que utilizan los fabricantes para construir mesas de trabajo, carritos, carros, estantes, paneles visuales de estado de producción y cabinas limpias. Los accesorios varían según el tipo de tubería e incluyen tapas de extremo, patas niveladoras, ruedas y tiras a presión para cambiar rápida y fácilmente el color de la tubería.

"La razón principal por la que se desarrolló Green Frame fue para las aplicaciones de karakuri", señala Greissinger. "Algunos clientes nuevos en karakuri muerden más de lo que pueden masticar al principio. Para superar la curva de aprendizaje, deben ser prácticos con el sistema y no tener miedo de experimentar".

El objetivo de karakuri es aumentar la eficiencia y la ergonomía al producir trabajos con poca energía por parte de los ensambladores. Las fuerzas ordinarias, como la gravedad, los contrapesos y los resortes, crean resultados extraordinarios que pueden minimizar la carga de trabajo del operador y mejorar las condiciones ergonómicas. Un solo tirón de una palanca o pisar un pedal puede poner en marcha el sistema para cambiar un contenedor vacío por uno lleno, o apilar y desapilar cajas de manera FIFO.

Un cliente, un fabricante de equipos agrícolas, comenzó a usar el sistema hace un año y medio estrictamente para estructuras y carros simples. La compañía ahora busca optimizar completamente Green Frame agregando componentes karakuri para construir sus propios racks de flujo semiautomáticos.

"Algunas [personas] creen que los sistemas modulares no son lo suficientemente robustos para manejar los rigores de la fabricación, debido a la unión basada en fricción utilizada por [algunos proveedores]", dice Jake Sparks, gerente general de administración y gerente de ventas de Flex Craft LLC. "Los avances en las uniones con pernos directos resuelven este problema y son capaces de soportar miles de libras".

Flex Craft ha ofrecido un sistema de tubería cuadrada de acero de perno directo desde 2006. La tubería perforada está hecha de acero dulce con un acabado de pintura en polvo (colores estándar y codificados) o aluminio anodizado con un acabado de capa transparente. Los tubos se suministran en longitudes estándar de 6 pulgadas a 10 pies de largo, en incrementos de 6 pulgadas. Las longitudes de corte personalizado están disponibles a pedido.

Se utilizan pernos y tuercas comunes de grado 2 con el sistema. Los sujetadores se aprietan con una llave de 0,5 pulgadas. Las juntas unen la tubería en varios ángulos y están hechas de acero dulce de calibre 14 con cuatro orificios estratégicos. Los tipos incluyen universal y de borde, además de refuerzo al ras, en línea, plano y desplazado.

Los accesorios van desde soportes de estructura y componentes plug-and-play, hasta puertas, cajones, herrajes para remolque y artículos especiales. Las ruedas de placa rígidas o giratorias (con o sin frenos laterales), los pies y los transportadores se venden por separado.

Otras configuraciones modulares realizadas con el sistema van desde un elevador de tijera neumático hasta una mesa ergonómica con soporte. La mesa con soporte permite a los usuarios ajustar la altura de la superficie de trabajo descendiendo sobre una plataforma cruzada y cambiar la capacidad de peso de la mesa ajustando la posición del punto de apoyo.

Dos ganadores recientes de ASSEMBLY Plant of the Year (POTY) utilizan ampliamente Flex Craft para construir y reconfigurar accesorios móviles, bastidores de flujo, carros de manejo de materiales y estaciones de trabajo según sea necesario. Polaris Industries Inc. utiliza el sistema en varias instalaciones, incluida Spirit Lake, IA, que ganó el ASSEMBLY POTY 2015. AGCO utiliza Flex Craft en sus plantas de Hesston, KS y Jackson, MN, la última de las cuales ganó el premio POTY de este año.

80/20 Inc. ofrece una extensa línea de perfiles cuadrados de aluminio anodizado Ready Tube para estructuras modulares. El perfil 9700 tiene un cuadrado de 1,5 pulgadas sin orificios pretaladrados. Se presta para enmarcar y otras aplicaciones que requieren una apariencia estética y una apariencia suave y limpia. Los conectores de nailon se unen a la tubería.

El perfil 9701 también mide 1,5 pulgadas cuadradas, pero presenta orificios pretaladrados a intervalos de 1,5 pulgadas a lo largo de cada cara. Estos orificios aceptan sujetadores y permiten aplicaciones tales como mesas transportadoras, estantes de gravedad y estantes para manejo de materiales. Casi una docena de otros perfiles cuentan con una o dos bridas en cada lado, con o sin orificios pretaladrados, para una capacidad de peso adicional.

Jim es editor sénior de ASSEMBLY y tiene más de 30 años de experiencia editorial. Antes de unirse a ASSEMBLY, Camillo fue editor de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal y Milling Journal. Jim tiene un título en inglés de la Universidad DePaul.