Las piezas intercambiables son piezas (componentes) que son idénticas a efectos prácticos. Están fabricados según especificaciones que garantizan que sean tan casi idénticos que encajarán en cualquier conjunto del mismo tipo. Una de estas piezas puede sustituir libremente a otra, sin ningún ajuste personalizado, como por ejemplo limado . Esta intercambiabilidad permite un fácil montaje de nuevos dispositivos y una reparación más sencilla de los dispositivos existentes, minimizando al mismo tiempo el tiempo y la habilidad necesarios de la persona que realiza el montaje o la reparación.
El concepto de intercambiabilidad fue crucial para la introducción de la línea de montaje a principios del siglo XX y se ha convertido en un elemento importante de algunas manufacturas modernas, pero falta en otras industrias importantes.
La intercambiabilidad de piezas se logró combinando una serie de innovaciones y mejoras en las operaciones de mecanizado y la invención de varias máquinas herramienta , como el torno de apoyo deslizante , el torno de corte de tornillos , el torno de torreta , la fresadora y la cepilladora de metal . Las innovaciones adicionales incluyeron plantillas para guiar las máquinas herramienta, dispositivos para sujetar la pieza de trabajo en la posición adecuada y bloques y calibres para verificar la precisión de las piezas terminadas. [1] [ página necesaria ] La electrificación permitió que las máquinas herramienta individuales fueran accionadas por motores eléctricos, eliminando los accionamientos por eje lineal de las máquinas de vapor o la energía hidráulica y permitiendo velocidades más altas, lo que hizo posible la fabricación moderna a gran escala. [2] Las máquinas herramienta modernas suelen tener control numérico (NC), que evolucionó a CNC (control numérico computarizado) cuando los microprocesadores estuvieron disponibles.
Los métodos para la producción industrial de piezas intercambiables en Estados Unidos se desarrollaron por primera vez en el siglo XIX. En aquella época a veces se les aplicaba el término sistema americano de fabricación , a diferencia de los métodos anteriores. Al cabo de unas pocas décadas, estos métodos se utilizaban en varios países, por lo que el sistema estadounidense es ahora un término de referencia histórica y no la nomenclatura industrial actual.
La evidencia del uso de piezas intercambiables se remonta a más de dos mil años, hasta Cartago, en la Primera Guerra Púnica . Los barcos cartagineses tenían piezas intercambiables estandarizadas que incluso venían con instrucciones de montaje similares a "pestaña A en la ranura B" marcadas en ellos. [3]
A finales del siglo XVIII, el general francés Jean-Baptiste Vaquette de Gribeauval promovió armas estandarizadas en lo que se conoció como el Système Gribeauval después de su emisión como orden real en 1765 (en ese momento, el sistema se centraba más en la artillería que en los mosquetes). o pistolas .) Uno de los logros del sistema fue que los cañones de fundición sólida se perforaban con tolerancias precisas, lo que permitía que las paredes fueran más delgadas que los cañones con núcleos huecos. Sin embargo, debido a que los núcleos a menudo estaban descentrados, el espesor de la pared determinaba el tamaño del orificio. Perforación estandarizada hecha para cañones más cortos sin sacrificar la precisión y el alcance debido al ajuste más ajustado de los proyectiles ; también permitió la estandarización de los proyectiles. [1] [ página necesaria ]
Antes del siglo XVIII, los armeros fabricaban dispositivos como las armas de uno en uno de una manera única. Si un solo componente de un arma de fuego necesitaba ser reemplazado, el arma completa tenía que enviarse a un armero experto para reparaciones personalizadas, o desecharse y reemplazarse por otra arma de fuego. Durante el siglo XVIII y principios del XIX, se desarrolló gradualmente la idea de sustituir estos métodos por un sistema de fabricación intercambiable. [4] [5] El desarrollo tomó décadas e involucró a muchas personas. [4] [5]
Gribeauval brindó patrocinio a Honoré Blanc , quien intentó implementar el Système Gribeauval a nivel de mosquete. Alrededor de 1778, Honoré Blanc comenzó a producir algunas de las primeras armas de fuego con mecanismos de chispa intercambiables , aunque fueron fabricadas cuidadosamente por artesanos. Blanc demostró ante un comité de científicos que sus mosquetes podían equiparse con mecanismos de chispa seleccionados al azar de una pila de piezas. [1] [ página necesaria ]
En 1785, los mosquetes con cerraduras intercambiables llamaron la atención del embajador de Estados Unidos en Francia, Thomas Jefferson , gracias a los esfuerzos de Honoré Blanc. Jefferson intentó, sin éxito, persuadir a Blanc para que se mudara a Estados Unidos, luego le escribió al Secretario de Guerra estadounidense con la idea y, cuando regresó a Estados Unidos, trabajó para financiar su desarrollo. El presidente George Washington aprobó el concepto y en 1798 Eli Whitney firmó un contrato para producir en masa 12.000 mosquetes construidos con el nuevo sistema. [6] [ necesita cotización para verificar ] [7]
Louis de Tousard , que huyó de la Revolución Francesa, se unió al Cuerpo de Artilleros de Estados Unidos en 1795 y escribió un influyente manual de artillero que enfatizaba la importancia de la estandarización. [1] [ página necesaria ]
Numerosos inventores comenzaron a intentar implementar el principio que había descrito Blanc. El desarrollo de las máquinas herramienta y las prácticas de fabricación requeridas sería un gran gasto para el Departamento de Artillería de EE. UU. , y durante algunos años, mientras se intentaba lograr la intercambiabilidad, las armas de fuego producidas costaban más de fabricar. En 1853, había pruebas de que las piezas intercambiables, luego perfeccionadas por la Armería Federal, generaban ahorros. El Departamento de Artillería compartió libremente las técnicas utilizadas con proveedores externos. [1] [ página necesaria ]
En Estados Unidos, Eli Whitney vio el beneficio potencial de desarrollar "piezas intercambiables" para las armas de fuego del ejército estadounidense. En julio de 1801 construyó diez armas, todas conteniendo exactamente las mismas piezas y mecanismos, y luego las desmontó ante el Congreso de los Estados Unidos . Colocó las piezas en una pila mixta y, con ayuda, volvió a montar todas las armas de fuego frente al Congreso, tal como lo había hecho Blanc algunos años antes. [8]
El Congreso quedó cautivado y ordenó un estándar para todos los equipos de Estados Unidos. El uso de piezas intercambiables eliminó los problemas de épocas anteriores relacionados con la dificultad o imposibilidad de producir piezas nuevas para equipos viejos. Si una pieza del arma de fuego fallara, se podría pedir otra y no sería necesario desechar el arma de fuego. El problema era que las armas de Whitney eran costosas y estaban hechas a mano por trabajadores calificados.
Charles Fitch le dio crédito a Whitney por ejecutar con éxito un contrato de armas de fuego con piezas intercambiables utilizando el Sistema Americano , [4] pero los historiadores Merritt Roe Smith y Robert B. Gordon han determinado desde entonces que Whitney nunca logró la fabricación de piezas intercambiables. La empresa armamentista de su familia, sin embargo, lo hizo después de su muerte.
La producción en masa utilizando piezas intercambiables fue lograda por primera vez en 1803 por Marc Isambard Brunel en cooperación con Henry Maudslay y Simon Goodrich, bajo la dirección (y con contribuciones de) el general de brigada Sir Samuel Bentham , [9] el inspector general de obras navales en Portsmouth Block Mills , Astillero de Portsmouth , Hampshire , Inglaterra. En ese momento, la Guerra Napoleónica estaba en su apogeo y la Royal Navy se encontraba en un estado de expansión que requería la fabricación de 100.000 poleas al año. Bentham ya había logrado una eficiencia notable en los muelles al introducir maquinaria impulsada por energía y reorganizar el sistema de astilleros.
Marc Brunel, un ingeniero pionero, y Maudslay, uno de los padres fundadores de la tecnología de máquinas herramienta que había desarrollado el primer torno de corte de tornillos industrialmente práctico en 1800 que estandarizó los tamaños de rosca de los tornillos por primera vez, [10] colaboraron en planes para fabricar bloques. fabricar maquinaria; la propuesta fue presentada al Almirantazgo , quien acordó encargar sus servicios. En 1805, el astillero se había actualizado por completo con maquinaria revolucionaria especialmente diseñada en una época en la que los productos todavía se fabricaban individualmente con diferentes componentes. Se necesitaron un total de 45 máquinas para realizar 22 procesos en los bloques, que podían fabricarse en tres tamaños diferentes. Las máquinas estaban hechas casi en su totalidad de metal, mejorando así su precisión y durabilidad. Las máquinas harían marcas y muescas en los bloques para asegurar la alineación durante todo el proceso. Una de las muchas ventajas de este nuevo método fue el aumento de la productividad laboral debido a los requisitos menos intensivos en mano de obra para gestionar la maquinaria. Richard Beamish, asistente del hijo e ingeniero de Brunel, Isambard Kingdom Brunel , escribió:
De modo que diez hombres, con la ayuda de esta maquinaria, pueden realizar con uniformidad, celeridad y facilidad lo que antes requería el trabajo incierto de ciento diez.
En 1808, la producción anual había alcanzado los 130.000 bloques y algunos de los equipos todavía estaban en funcionamiento hasta mediados del siglo XX. [11] [12] [13] [14] [15] [16]
Eli Terry usaba piezas intercambiables usando una fresadora ya en 1800. Ward Francillon, un relojero, concluyó en un estudio que Terry ya había logrado piezas intercambiables ya en 1800. El estudio examinó varios de los relojes de Terry producidos entre 1800 y 1807. Las piezas fueron etiquetadas e intercambiadas según fuera necesario. El estudio concluyó que todas las piezas del reloj eran intercambiables. La primera producción en masa que utilizó piezas intercambiables en Estados Unidos fue el Contrato Porter de 1806 de Eli Terry , que requería la producción de 4000 relojes en tres años. [17] Durante este contrato, Terry creó cuatro mil movimientos de caja alta con engranajes de madera, en un momento en que el promedio anual era de aproximadamente una docena. [18] A diferencia de Eli Whitney , Terry fabricó sus productos sin financiación gubernamental. Terry vio el potencial de que los relojes se convirtieran en un objeto doméstico. Con el uso de una fresadora, Terry pudo producir en masa varias docenas de ruedas y placas de reloj al mismo tiempo. Se utilizaron plantillas y plantillas para hacer piñones uniformes, de modo que todas las piezas pudieran ensamblarse mediante una línea de montaje . [18]
El paso crucial hacia la intercambiabilidad de las piezas metálicas lo dio Simeon North , que trabajaba a sólo unos kilómetros de Eli Terry . North creó una de las primeras fresadoras verdaderas del mundo para dar forma al metal a mano con una lima. Diana Muir cree que la fresadora de North estaba en funcionamiento alrededor de 1816. [19] Muir, Merritt Roe Smith y Robert B. Gordon coinciden en que antes de 1832, tanto Simeon North como John Hall pudieron producir en masa máquinas complejas con piezas móviles (pistolas ) utilizando un sistema que implicaba el uso de piezas forjadas en bruto, con una fresadora que fresaba las piezas hasta alcanzar el tamaño casi correcto, y que luego eran "limadas a mano con la ayuda de plantillas de limado". [20]
Los historiadores difieren sobre la cuestión de si Hall o North lograron la mejora crucial. Merrit Roe Smith cree que fue hecho por Hall. [21] [22] Muir demuestra los estrechos vínculos personales y las alianzas profesionales entre Simeon North y los mecánicos vecinos que producen relojes de madera en masa para argumentar que el proceso para fabricar armas con piezas intercambiables probablemente fue ideado por North en emulación de los métodos exitosos utilizados. en relojes de producción en masa. [19] Puede que no sea posible resolver la cuestión con absoluta certeza a menos que en el futuro surjan documentos ahora desconocidos.
Ingenieros y maquinistas calificados, muchos de ellos con experiencia en armería, difundieron técnicas de fabricación intercambiables a otras industrias estadounidenses, incluidos los fabricantes de relojes y máquinas de coser Wilcox y Gibbs y Wheeler y Wilson, que utilizaron piezas intercambiables antes de 1860. [1] [ página necesaria ] [23] Los últimos en adoptar el sistema intercambiable fueron las máquinas de coser Singer Corporation (décadas de 1860 a 1870), el fabricante de segadoras McCormick Harvesting Machine Company (décadas de 1870 a 1880) [1] [ página necesaria ] y varios grandes fabricantes de máquinas de vapor como Corliss (mediados de 1880) [ 24] así como fabricantes de locomotoras. Algunos años más tarde llegaron las máquinas de escribir. Luego, en la década de 1880, la producción a gran escala de bicicletas comenzó a utilizar el sistema intercambiable. [1] [ página necesaria ]
Durante estas décadas, la verdadera intercambiabilidad pasó de ser un logro escaso y difícil a convertirse en una capacidad cotidiana en todas las industrias manufactureras. [1] [ página necesaria ] En las décadas de 1950 y 1960, los historiadores de la tecnología ampliaron la comprensión mundial de la historia del desarrollo. Pocas personas fuera de esa disciplina académica sabían mucho sobre el tema hasta fechas tan recientes como las décadas de 1980 y 1990, cuando el conocimiento académico comenzó a encontrar audiencias más amplias. En fecha tan reciente como la década de 1960, cuando Alfred P. Sloan publicó sus famosas memorias y tratado de gestión, Mis años con General Motors , incluso el presidente de la mayor empresa manufacturera que jamás haya existido sabía muy poco sobre la historia de General Motors. desarrollo, aparte de decir que:
[ Henry M. Leland fue], creo, uno de los principales responsables de llevar la técnica de las piezas intercambiables a la fabricación de automóviles. […] Me han llamado la atención que Eli Whitney, mucho antes, había iniciado el desarrollo de piezas intercambiables en relación con la fabricación de armas, un hecho que sugiere una línea de descendencia de Whitney a Leland y a la industria del automóvil. [25]
Uno de los libros más conocidos sobre el tema, que se publicó por primera vez en 1984 y ha disfrutado de lectores más allá del ámbito académico, ha sido From the American System to Mass Production, 1800-1932: The Development of Manufacturing Technology de David A. Hounshell . en los Estados Unidos . [1]
[...] de mayo [1798], Eli Whitney de Connecticut escribió al Secretario del Tesoro ofreciéndole maquinaria, energía hidráulica y trabajadores para la fabricación de mosquetes. Whitney firmó un contrato por diez mil mosquetes, una cantidad fantástica en aquella época, que se entregarían en veintiocho meses.