
Las piezas intercambiables son componentes prácticamente idénticos. Se fabrican según especificaciones que garantizan su gran similitud, de modo que encajan perfectamente en cualquier conjunto del mismo tipo. Una de estas piezas puede sustituir a otra sin necesidad de ajustes especiales, como limaduras . Esta intercambiabilidad facilita el montaje de nuevos dispositivos y la reparación de los existentes, minimizando el tiempo y la habilidad necesarios para la persona que realiza el montaje o la reparación.
El concepto de intercambiabilidad fue crucial para la introducción de la cadena de montaje a principios del siglo XX, y se ha convertido en un elemento importante de algunos procesos de fabricación modernos, pero está ausente en otras industrias importantes.
La intercambiabilidad de las piezas se logró mediante la combinación de varias innovaciones y mejoras en las operaciones de mecanizado y la invención de varias máquinas herramienta , como el torno de carro deslizante , el torno de roscar , el torno revólver , la fresadora y la cepilladora de metal . Otras innovaciones incluyeron plantillas para guiar las máquinas herramienta, dispositivos de sujeción para mantener la pieza de trabajo en la posición correcta y bloques y calibres para verificar la precisión de las piezas terminadas. [ 1 ] La electrificación permitió que las máquinas herramienta individuales fueran alimentadas por motores eléctricos, eliminando las transmisiones por eje 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 a menudo tienen control numérico (NC) que evolucionó a CNC (control numérico computarizado) cuando se dispuso de microprocesadores.
Los métodos para la producción industrial de piezas intercambiables en Estados Unidos se desarrollaron por primera vez en el siglo XIX. En aquel entonces, a veces se les denominaba « sistema americano de fabricación» , para distinguirlos de los métodos anteriores. En pocas décadas, estos métodos ya se utilizaban en diversos países, por lo que « sistema americano» es ahora un término de referencia histórica más que una nomenclatura industrial actual.
Estreno
La evidencia del uso de piezas intercambiables se remonta a más de dos mil años atrás, a Cartago en la Primera Guerra Púnica . Los barcos cartagineses tenían piezas estandarizadas e intercambiables que incluso venían con instrucciones de montaje similares a "encajar la pestaña A en la ranura B" marcadas en ellas. [ 3 ]
Orígenes del concepto moderno
A finales del siglo XVIII, el general francés Jean-Baptiste Vaquette de Gribeauval promovió la estandarización de las armas en lo que se conoció como el Sistema Gribeauval tras su promulgación como orden real en 1765. (En aquel entonces, el sistema se centraba más en la artillería que en los mosquetes o las pistolas ). Uno de los logros del sistema fue que los cañones de fundición maciza se perforaban con tolerancias precisas, lo que permitía que las paredes fueran más delgadas que las de los cañones fundidos con núcleos huecos. Sin embargo, debido a que los núcleos a menudo estaban descentrados, el grosor de la pared determinaba el tamaño del ánima. La perforación estandarizada permitió fabricar cañones más cortos sin sacrificar la precisión ni el alcance gracias al ajuste más preciso de los proyectiles ; además, permitió la estandarización de los mismos. [ 1 ]
Antes del siglo XVIII, los dispositivos como las armas de fuego eran fabricados uno a uno por armeros de una manera particular. Si un solo componente de un arma de fuego necesitaba ser reemplazado, el arma completa debía enviarse a un armero experto para reparaciones personalizadas o desecharse y reemplazarse por otra. Durante los siglos XVIII y principios del XIX, se desarrolló gradualmente la idea de reemplazar estos métodos con un sistema de fabricación de piezas intercambiables. Este desarrollo llevó décadas e involucró a muchas personas. [ 4 ] [ 5 ]
Gribeauval patrocinó a Honoré Blanc , quien intentó implementar el Sistema Gribeauval en los mosquetes. Hacia 1778, Honoré Blanc comenzó a producir algunas de las primeras armas de fuego con mecanismos de chispa intercambiables , aunque fueron elaboradas cuidadosamente por artesanos. Blanc demostró ante un comité de científicos que sus mosquetes podían equiparse con mecanismos de chispa elegidos al azar de un conjunto de piezas. [ 1 ]
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 trasladara a Estados Unidos, luego escribió al Secretario de Guerra estadounidense con la idea, y a su regreso a Estados Unidos trabajó para financiar su desarrollo. El presidente George Washington aprobó el concepto, y en 1798 Eli Whitney firmó un contrato para la producción en masa de 12 000 mosquetes fabricados bajo el nuevo sistema. [ 6 ] [ 7 ]
Entre el 4 de julio de 1793 y el 25 de noviembre de 1795, el armero londinense Henry Nock entregó 12.010 cerraduras «sin tornillos» o « del duque » a la Junta de Artillería británica . [ 8 ] Estas cerraduras estaban diseñadas para ser intercambiables y se fabricaban en grandes volúmenes en una fábrica a vapor utilizando calibres y tornos por una plantilla que combinaba empleados asalariados y trabajadores a destajo . [ 9 ] Experimentos posteriores han sugerido que los componentes de la cerradura eran intercambiables a un ritmo mayor que los del posterior mosquete británico New Land Pattern y el mosquete estadounidense M1816. [ 8 ]
Louis de Tousard , quien huyó de la Revolución Francesa, se unió al Cuerpo de Artilleros de los Estados Unidos en 1795 y escribió un influyente manual de artillería que enfatizaba la importancia de la estandarización. [ 1 ]
Implementación
Numerosos inventores comenzaron a intentar implementar el principio que Blanc había descrito. El desarrollo de las máquinas herramienta y las prácticas de fabricación necesarias supondría un gran gasto para el Departamento de Artillería de los Estados Unidos , y durante algunos años, mientras se intentaba lograr la intercambiabilidad, la fabricación de las armas de fuego producidas resultaba más costosa. Para 1853, existían pruebas de que las piezas intercambiables, perfeccionadas entonces por las Armerías Federales, generaban ahorros. El Departamento de Artillería compartía libremente las técnicas utilizadas con proveedores externos. [ 1 ]
Eli Whitney y un intento temprano
En Estados Unidos, Eli Whitney vislumbró el potencial beneficio de desarrollar «piezas intercambiables» para las armas de fuego del ejército estadounidense. En julio de 1801, construyó diez armas, todas con las mismas piezas y mecanismos, y las desarmó ante el Congreso de los Estados Unidos . Colocó las piezas en un montón mezclado y, con ayuda, volvió a ensamblar todas las armas frente al Congreso, tal como lo había hecho Blanc algunos años antes. [ 10 ]
El Congreso quedó impresionado y ordenó un estándar para todo el equipo militar de Estados Unidos. El uso de piezas intercambiables eliminó los problemas de épocas anteriores relacionados con la dificultad o imposibilidad de fabricar piezas nuevas para equipos antiguos. Si una pieza de un arma de fuego fallaba, se podía pedir otra y no era necesario desecharla. El inconveniente era que las armas de Whitney eran costosas y fabricadas a mano por artesanos expertos.
Charles Fitch reconoció a Whitney el éxito en la ejecución de un contrato de armas de fuego con piezas intercambiables utilizando el Sistema Americano , [ 4 ] pero los historiadores Merritt Roe Smith y Robert B. Gordon determinaron posteriormente que Whitney nunca llegó a fabricar piezas intercambiables. Sin embargo, la empresa de armas de su familia sí lo hizo después de su muerte.
Los bloques de navegación de Brunel
La producción en masa con 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) del Brigadier General Sir Samuel Bentham , [ 11 ] Inspector General de Obras Navales en Portsmouth Block Mills , Portsmouth Dockyard , Hampshire , Inglaterra. En ese momento, la Guerra Napoleónica estaba en su apogeo, y la Marina Real se encontraba en un estado de expansión que requería la fabricación de 100.000 bloques de poleas al año. Bentham ya había logrado una eficiencia notable en los muelles mediante la introducción de maquinaria accionada por energía y la reorganización del sistema de astilleros.

Marc Brunel, un ingeniero pionero, y Maudslay, uno de los fundadores de la tecnología de máquinas herramienta, quien desarrolló el primer torno roscador industrialmente práctico en 1800, que estandarizó por primera vez los tamaños de las roscas , [ 12 ] colaboraron en planes para fabricar maquinaria para la fabricación de bloques; la propuesta se presentó al Almirantazgo , que accedió a contratar sus servicios. Para 1805, el astillero se había modernizado por completo con la revolucionaria maquinaria diseñada específicamente para este fin, en una época en la que los productos aún se fabricaban individualmente con diferentes componentes. Se requerían 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, lo que mejoraba su precisión y durabilidad. Las máquinas realizaban marcas y hendiduras 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 la menor intensidad de mano de obra necesaria para el manejo de 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, rapidez y facilidad lo que antes requería el trabajo incierto de ciento diez.
En 1808, la producción anual había alcanzado los 130.000 bloques y parte del equipo seguía en funcionamiento a mediados del siglo XX. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
Los relojes de Terry: un éxito en madera.

Eli Terry ya utilizaba piezas intercambiables mediante una fresadora en 1800. Ward Francillon, un relojero, concluyó en un estudio que Terry ya había logrado la intercambiabilidad de piezas en 1800. El estudio examinó varios relojes de Terry producidos entre 1800 y 1807. Las piezas estaban etiquetadas y se intercambiaban según fuera necesario. El estudio concluyó que todas las piezas del reloj eran intercambiables. La primera producción en masa con piezas intercambiables en Estados Unidos fue el Contrato Porter de Eli Terry en 1806, que exigía la producción de 4000 relojes en tres años. [ 19 ] Durante este contrato, Terry fabricó cuatro mil mecanismos de caja alta con engranajes de madera, en una época en la que el promedio anual era de aproximadamente una docena. A diferencia de Eli Whitney , Terry fabricó sus productos sin financiación gubernamental. Terry vislumbró el potencial de los relojes como objetos de uso doméstico. Con el uso de una fresadora, Terry pudo producir en masa varias docenas de ruedas y placas de reloj simultáneamente. Se utilizaron plantillas y moldes para fabricar piñones uniformes, de modo que todas las piezas pudieran ensamblarse mediante una línea de montaje . [ 20 ]
North y Hall: éxito en el metal
El paso crucial hacia la intercambiabilidad de las piezas metálicas lo dio Simeon North , quien trabajaba a pocos kilómetros de Eli Terry . North creó una de las primeras fresadoras del mundo para dar forma al metal, un proceso que hasta entonces se realizaba a mano con una lima. Diana Muir cree que la fresadora de North entró en funcionamiento alrededor de 1816. [ 21 ] Muir, Merritt Roe Smith y Robert B. Gordon coinciden en que, antes de 1832, tanto Simeon North como John Hall eran capaces de producir en masa máquinas complejas con piezas móviles (armas) mediante un sistema que implicaba el uso de piezas forjadas en bruto, con una fresadora que las mecanizaba hasta obtener un tamaño casi exacto, y que luego se "limaban a mano con la ayuda de plantillas de limado". [ 22 ]
Los historiadores discrepan sobre si Hall o North realizaron la mejora crucial. Merrit Roe Smith cree que fue Hall. [ 23 ] [ 24 ] Muir demuestra los estrechos lazos personales y las alianzas profesionales entre Simeon North y los mecánicos vecinos que producían relojes de madera en masa para argumentar que el proceso de fabricación de armas con piezas intercambiables fue probablemente ideado por North, imitando los métodos exitosos utilizados en la producción en masa de relojes. [ 21 ] Puede que no sea posible resolver la cuestión con absoluta certeza a menos que en el futuro aparezcan documentos ahora desconocidos.
Finales del siglo XIX y principios del XX: difusión en toda la industria manufacturera.
Ingenieros y maquinistas cualificados, muchos con experiencia en armería, difundieron las técnicas de fabricación intercambiables a otras industrias estadounidenses, incluyendo a los fabricantes de relojes y máquinas de coser Wilcox and Gibbs y Wheeler and Wilson, que utilizaban piezas intercambiables antes de 1860. [ 1 ] [ 25 ] Entre los últimos en adoptar el sistema intercambiable se encontraban la máquina de coser Singer Corporation (décadas de 1860-1870), el fabricante de segadoras McCormick Harvesting Machine Company (décadas de 1870-1880) [ 1 ] y varios grandes fabricantes de máquinas de vapor como Corliss (mediados de la década de 1880) [ 26 ] , así como los fabricantes de locomotoras. Las máquinas de escribir siguieron algunos años más tarde. Luego, la producción a gran escala de bicicletas en la década de 1880 comenzó a utilizar el sistema intercambiable. [ 1 ]
Durante estas décadas, la verdadera intercambiabilidad pasó de ser un logro escaso y difícil a una capacidad cotidiana en todas las industrias manufactureras. [ 1 ] 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 hace relativamente poco, en las décadas de 1980 y 1990, cuando el conocimiento académico comenzó a llegar a un público más amplio. Incluso en la década de 1960, cuando Alfred P. Sloan publicó sus famosas memorias y tratado de gestión, Mis años con General Motors , incluso el presidente y director de la mayor empresa manufacturera que jamás había existido sabía muy poco sobre la historia del desarrollo, aparte de decir que:
[ Creo que Henry M. Leland fue uno de los principales responsables de introducir la técnica de piezas intercambiables en la fabricación de automóviles. […] Se me ha hecho notar que Eli Whitney, mucho antes, había comenzado 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 de allí a la industria automotriz. [ 27 ]
Uno de los libros más conocidos sobre el tema, publicado por primera vez en 1984 y que ha tenido lectores más allá del ámbito académico, es From the American System to Mass Production, 1800–1932: The Development of Manufacturing Technology in the United States , de David A. Hounshell . [ 1 ]
Véase también
Referencias
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- ↑ Roma, Cartago y las Guerras Púnicas Mientras tanto, Cartago producía buques de guerra en masa. Y esto no es una exageración, ni en cuanto a las cantidades ni en cuanto a los métodos de construcción naval; los buques de guerra cartagineses se construían con piezas estándar intercambiables. Sabemos esto no solo por relatos contemporáneos, sino también por barcos cartagineses recuperados, como la mitad de un barco cartaginés que se muestra en (c), arriba, que fue recuperado frente a la costa de Marsala, en el extremo occidental de Sicilia; era completamente nuevo cuando fue hundido por los romanos, y aún conserva marcas que dan instrucciones de montaje ("pestaña a en ranura b", etc.). Otros barcos recuperados tenían piezas idénticas.
- 1 2 Fitch 1882 , pág. 4 .
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[...] El 1 de mayo [de 1798], Eli Whitney de Connecticut escribió al Secretario del Tesoro ofreciendo su maquinaria, energía hidráulica y mano de obra [...] para la fabricación de mosquetes. Whitney firmó un contrato para diez mil mosquetes, una cantidad fantástica para la época, que debían entregarse en veintiocho meses.
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Lecturas adicionales
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{{citation}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda ) - Parkhurst, EG (3 de enero de 1901), "Fabricación mediante el sistema de piezas intercambiables", American Machinist , Nueva York, Nueva York, EE. UU.: Hill Publishing Company.
Enlaces externos
- Orígenes de las piezas intercambiables
- Historia de la ciencia y la tecnología en los Estados Unidos
- Fabricación
- Segunda Revolución Industrial
- Diseño industrial
- Interoperabilidad