AUTOMATIZACIÓN DE LA LÍNEA DE ENSAMBLE,

RESUMEN

Este trabajo describe la “Automatización de línea de ensamble, prueba e

inspección de filtro de aire para motores GM”, para la compañía Mann+Hummel de

México (MH) ubicada en el estado de Querétaro. El proyecto fue hecho para realizar

el ensamble, prueba e inspección de dos nuevos modelos de filtro (GM-1057 y GMLAU)

de aire limpio para el automotor, estos formarán parte de los nuevos modelos de

auto que tiene planeado lanzar GM para el año 2010. La automatización tiene que

garantizar el volumen de producción de 454 piezas por día, la inspección de

componentes de ensamble (Grommets, HC-TRAP, MAF, MAP, Elemento filtrante,

Tubo de aire sucio, Clips, MAP screws y MAF screws), la especificación de torque (1.1

NM, 1.5 NM y 2.5 NM) y una eficiencia de producción de 80%. Para esto, la

automatización de la línea de ensamble se dividió en 4 estaciones de trabajo: la estación

1 realiza el torque, la estación 2 realiza prueba de fuga, la estación 3 realiza el

ensamble de la cubierta al cuerpo del filtro y la estación 4 realiza la inspección final de

componentes. La instrumentación fue hecha con sensores de tipo inductivo, capacitivo y

fotoeléctrico, el control se realizó por medio de un PLC Micrologix 1200 con una

Pantalla de interfaz gráfica (Panelview 300), el programa del PLC se estructuró

mediante subrutinas de control para cada modelo. Se instaló un sistema de atornillado

electrónico de la marca DEPRAG modelo ST-10 para controlar el torque requerido. El

resultado de la automatización arrojó un volumen de producción de 640 piezas por día,

una eficiencia de la línea de producción de un 90%, con esto la tasa de producción de

MH quedo un 10% por arriba de lo establecido. El control de calidad en cuanto al

torque requerido superó la capacidad de proceso (Cp) en un 230% y el Cpk en un 200%.

Con esto, la inversión realizada en el proyecto quedó justificada por arriba de lo

establecido.

Palabras clave: Automatización, PLC, Producción, Mann+Hummel de México,

Eficiencia, General Motors.

ii

DEDICATORIA

A Dios que me dio la entereza y convicción para tener éste logro en mi vida.

A mi esposa María del Carmen, por su apoyo y compresión incondicional a lo largo de

toda la carrera.

A mi hijo Jonathan Gael, por todo el tiempo que no pase junto a él, por estar

realizando ésta meta.

A mi abuela y madre Eleazar Galván que en paz descanse. Por sus sabios consejos,

ejemplo de trabajo y esfuerzo.

A mi abuelo Justino Mendoza, por sus sabios consejos.

A mi tío Edgar Mendoza, por su apoyo incondicional para llevar a cabo este logro.

iii

AGRADECIMIENTOS

A mi asesor: Dr. Mario Trejo, por el apoyo y dirección para terminar este trabajo de

tesis.

A mi hermosa familia: Mari y Gael.

A mi jefe y amigo: Ing. Juan Erdmann, por permitirme participar en el desarrollo de

este proyecto en AMD Maquinaria.

A mi padre: Marcelino Mendoza.

A Edgar Mendoza, por sus consejos y apoyo recibido en todo momento. Sin su ayuda

esto no hubiera sido posible.

A mi amigo y hermano: Hugo Hernández “Cuco” por su amistad y lealtad en todo

momento.

A todos mis maestros por sus enseñanzas:

Sotero, Rita, Mario, Gabriel, Fernando, Maria Luisa, Gilberto,……………………

A mis amigos:

César, Víctor, Pokas, Job, Vale, Yesi, Medina, Eugenio.

A todos y cada uno ¡Gracias!

iv

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN i

DEDICACTORIAS ii

AGRADECIMIENTOS iii

ÍNDICE GENERAL iv

ÍNDICE DE TABLAS vii

ÍNDICE DE FIGURAS viii

I. INTRODUCCIÓN 1

1.1 Desarrollo de la automatización 1

1.1.1 Inicios 1

1.1.2 Definición 3

1.1.3 La automatización industrial 3

1.2 La automatización en el sector automotriz 7

1.2.1 Inicios 7

1.2.2 Panorama general de la industria automotriz 8

1.3 La industria automotriz en México 10

1.4 Descripción del proyecto 12

1.5 Hipótesis 14

1.6 Objetivo 14

1.7 Justificación 15

1.7.1 Aspecto económico 15

1.7.2 Aspecto social 15

1.7.3 Aspecto ecológico 15

1.8 Estructura de la tesis 16

II. MARCO TEÓRICO 17

2.1 Los controladores lógicos programables (PLC) 17

2.1.1 Definición 17

2.1.2 Direccionamiento de entradas y salidas 19

2.1.3 Clasificación de PLC 19

2.1.4 Programación en diagrama de escalera (Ladder) 21

2.1.5 Módulos 22

2.2 Comunicación por puerto serie (RS-232) 23

2.2.1 Definición 23

2.2.2 Configuración 24

2.2.3 Cableado del puerto serie 25

2.3 Sistema SCADA 28

2.3.1 Introducción 28

2.3.2 Hardware 30

2.3.3 Interface hombre máquina 31

2.3.4 PLC 32

2.3.5 IED 32

2.3.6 Sistemas remotos 33

2.3.7 Sistema de comunicación 34

2.3.8 Topologías 35

2.3.9 Seguridad 36

2.4 Teoría de Prueba de Fuga (leak test) 39

v

2.4.1 Definición 39

2.4.2 Clasificación 40

2.4.3 Aplicaciones 41

2.5 Teoría de sensado 42

2.5.1 Sensores inductivos 42

2.5.2 Sensores capacitivos 43

2.5.3 Sensores fotoeléctricos 45

III. METODOLOGÍA 49

3.1 Arranque del proyecto 49

3.1.1 Lugar 49

3.1.2 Workshop del proyecto 50

3.1.3 Conceptualización de la línea de ensamble 52

3.2 Diseño Mecánico 57

3.2.1 Diseño conceptual 57

3.2.2 Diseño detallado 58

3.3 Selección de controladores 60

3.3.1 Selección de la interfaz hombre máquina 60

3.3.2 Selección del controlador lógico programable 62

3.3.3 Selección de atornillador electrónico 63

3.4 Diseño Eléctrico 66

3.4.1 Diseño del tablero de control 66

3.4.2 Protecciones térmicas 68

3.4.3 MCR (Master Control Relay) 68

3.4.4 Alambrado de tablero 69

3.5 Selección de la Instrumentación 72

3.5.1 Selección de sensores 72

3.5.2 Selección de los actuadores neumáticos 79

3.5.3 Selección de válvulas de control 82

3.5.4 Diagrama conexión neumático 84

3.6 Programación 87

3.6.1 Programación de pantallas 87

3.6.2 Programación de PLC 91

IV. RESULTADOS 100

4.1 Validación 100

4.1.1 Calidad 100

4.1.2 Capacidad de producción 105

4.1.3 Seguridad 106

4.2 Instalación en planta Mann+Hummel 108

4.3 Manual de usuario 112

4.3.1 Manual de estación 1 “Atornillado de MAF y MAP” 112

4.3.2 Manual de estación 2 “Prueba de Fuga” 120

4.3.3 Manual de estación 4 “Inspección Final” 126

V. CONCLUSIONES 132

VI. REFERENCIAS 134

vi

VII. ANEXOS 137

Anexo I. Diagramas eléctricos 137

Anexo II. Diagramas neumáticos 138

Anexo III. Programación 139

Anexo IV. Manual de usuario 140

vii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla Páginas

1.1 Muestra el número de establecimientos de la industria

automotriz en México. Fuente: [CECIC con datos del INEGI,

2004].

1.2 Tabla matriz que muestra los componentes a ensamblar, pruebas

y requerimientos para los dos modelos de filtro GM.

[Mann+Hummel, 2009].

2.1 Señales asociadas al puerto de comunicación serie.

[Microcontroladores MCS-51, politex, 1997].

2.2 Registros asociados al puerto de comunicación serie.

[Microcontroladores MCS-51, politex, 1997].

3.1 Relación de componentes de filtro. [AMD Maquinaría, 2009].

3.2 Hoja de requerimiento para pruebas de filtros. [AMD

Maquinaría, 2009].

3.3 Tabla de cálculo para protección general de tablero de control.

[AMD Maquinaria, 2009].

3.4 Relación de elementos a detectar en la línea de ensamble de

filtro Ford. [AMD Maquinaria, 2009].

3.5 Tabla de hoja de datos de sensor fotoeléctrico marca Balluf No.

BOS6KPU1HAS75C. [www.balluf.com, 2009].

3.6 Tabla de hoja de datos de sensor Capacitivo marca Balluf No.

BCS M12VVD2-PSM40C-S04G. [www.balluf.com, 2009].

3.7 Tabla de hoja de datos de sensor Inductivo No. BES 516-300-

S281-S4-D marca Balluf. [www.Balluf.com, 2009].

4.1 Tabla de requerimientos de alimentación de los equipos de la

línea de ensamble de filtro para motores GM. [Manual de

usuario estación de prueba de fuga, 2009].

11

12

24

25

51

52

68

72

74

76

78

108

viii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura Páginas

1.1 Línea de ensamble de los Jeep manufacturados. [Willys Motors

en Toledo Ohio, 1953].

1.2 Diagrama de flujo del método de trabajo de células de

producción en el sistema Toyota. [Introducción a la Ingeniería

Industrial, Vaughn, 2000].

1.3 Ensamble de filtro GM-1057. [Mann+Hummel, 2008].

1.4 Ensamble de filtro GM-LAU. [Mann+Hummel, 2008].

2.1 Diagrama básico de operación de la lógica interna de un PLC.

[Estrada, 2008].

2.2 PLC tipo nano de la marca GE Fanuc, serie versamax. [GE

Fanuc, 2009].

2.3 PLC tipo Compacto de la marca Mitsubishi, serie FX3U.

[Mitsubishi Automation, 2009].

2.4 Familia de PLC modulares de la marca Allen Bradley serie SLC

500. [Bulletin

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