AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL 

La automatización industrial es el uso de tecnologías para el control y monitoreo de procesos industriales, aparatos, dispositivos o máquinas, que por regla general son funciones repetitivas haciendo que funcionen automáticamente reduciendo al máximo la intervención humana.(ver figura 1).

figura1. automatización 

Lo que se busca con la Automatización industrial es generar la mayor cantidad de producto, en el menor tiempo posible, con el fin de reducir los costos y garantizar una uniformidad en la calidad (ver video 1).

ver video 1. ¿que es la automatización industrial?.

Objetivos de la automatización

• Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción y mejorando la calidad de la misma.
• Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad.
• Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.
• Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.
• Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.
• Integrar la gestión y producción.

Un sistema automatizado consta de dos partes principales:

• La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores como fotodiodos, finales de carrera.
• La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.

Tipos de Automatización

Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se deberá analizar cada situación a fin de decidir correctamente el esquema más adecuado.

Los tipos de automatización son:

• Control Automático de Procesos
• El Procesamiento Electrónico de Datos
• La Automatización Fija
• El Control Numérico Computarizado
• La Automatización Flexible.

Sistemas de Control Automático

SISTEMAS DE CONTROL AUTOMÁTICO 

El control automático de procesos es una de las disciplinas que se ha desarrollado a una velocidad vertiginosa, dando las bases a lo que hoy algunos autores llaman la segunda revolución industrial. El uso intensivo de las técnicas  del control automático de procesos tiene como origen la evolución y tecnificación de las tecnologías de medición y control aplicadas al ambiente industrial.

   

Su estudio y aplicación ha contribuido al reconocimiento universal de sus ventajas y beneficios asociados al ámbito industrial, que es donde tiene una de sus mayores aplicaciones debido a la necesidad de controlar un gran número de variables, sumado esto a la creciente complejidad de los sistemas. El control automático de procesos se usa fundamentalmente porque reduce el costo asociado a la generación de bienes y servicios, incrementa la calidad y  volúmenes de producción de una planta industrial entre otros beneficios asociados con su aplicación.

 La eliminación de errores y un aumento en la seguridad de los procesos es otra contribución del uso y aplicación de esta técnica de control. En este punto es importante destacar que anterior a la aplicación  masiva de las técnicas de control automático en la industria, era el  hombre el que aplicaba sus capacidades de cálculo e incluso su fuerza física para la ejecución del control de un proceso o máquina asociada a la producción. En la actualidad, gracias al desarrollo y aplicación  de las técnicas modernas de control, un gran número de tareas y cálculos asociados a la manipulación de las variables ha sido delegado a computadoras, controladores y accionamientos especializados para el logro de los requerimientos del sistema. 

El principio de todo sistema de control automático es la aplicación del concepto de realimentación o feedback (medición tomada desde el proceso que entrega información del estado actual de la variable que se desea controlar) cuya característica especial es la de mantener al controlador central informado del estado de las variables para generar acciones correctivas cuando así sea necesario. Este mismo principio  se aplica en campos tan diversos como el control de procesos químicos, control de hornos en la fabricación del acero, control de máquinas herramientas, control de variables a nivel médico e incluso en el control de trayectoria de un proyectil militar.  (ver figura 1).

ver figura 1.

El uso de las computadoras  digitales ha posibilitado la aplicación en forma óptima del control automático a sistemas físicos que hace algunos años atrás eran imposibles de analizar o controlar. Uno de estos avances esta dado por la aplicación de las técnicas de control difuso, aplicaciones con redes neuronales, simulación de sistemas de control  y sistemas expertos entre otros.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL .

Los sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto y a lazo cerrado . La distinción la determina la acción de control , que es la que activa al sistema para producir la salida . 

Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la acción de control es independiente de la salida .

Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la acción de control es en cierto modo dependiente de la salida . 

Los sistemas de control a lazo abierto tienen dos rasgos sobresalientes :

a) La habilidad que éstos tienen para ejecutar una acción con exactitud está determinada por su calibración . Calibrar significa establecer o restablecer una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada . 

b) Estos sistemas no tienen el problema de la inestabilidad , que presentan los de lazo cerrado .

Los sistemas de control de lazo cerrado se llaman comúnmente sistemas de control por realimentación ( o retroacción ) .

Ejemplo 1

Un tostador automático es un sistema de control de lazo abierto , que está controlado por un regulador de tiempo . El tiempo requerido para hacer tostadas , debe ser anticipado por el usuario , quien no forma parte del sistema . El control sobre la calidad de la tostada (salida) es interrumpido una vez que se ha determinado el tiempo , el que constituye tanto la entrada como la acción de control .

Ejemplo 2

Un mecanismo de piloto automático y el avión que controla , forman un sistema de control de lazo cerrado ( por realimentación ) . Su objetivo es mantener una dirección específica del avión , a pesar de los cambios atmosféricos . El sistema ejecutará su tarea midiendo continuamente la dirección instantánea del avión y ajustando automáticamente las superficies de dirección del mismo ( timón , aletas , etc. ) de modo que la dirección instantánea coincida con la especificada . El piloto u operador , quien fija con anterioridad el piloto automático , no forma parte del sistema de control (ver video 1).

video 1. sistema de control automático. 

Procesamiento Electrónico de Datos

PROCESAMIENTO ELÉCTRONICO DE DATOS 

Procesamiento electrónico de datos (PED) se refiere a la utilización de métodos automatizados para procesar los datos comerciales. Típicamente, su uso es relativamente simple, actividades repetitivas para procesar grandes volúmenes de información similar. Por ejemplo: almacenar actualizaciones aplicadas a un inventario, transacciones bancarias aplicadas a cuentas y a archivos maestros de clientes, transacciones de reserva y venta de boletos del sistema de reservas de una compañía aérea , la facturación de los servicios públicos. El término "electrónico" o "automático" es usado junto a procesamiento de datos(PD), desde 1960, para diferenciar el procesamiento de datos hecho por una persona del que está hecho por una computadora (ver figura 1).

figura 1. procesamiento electrónicos de datos

La historia de la primera computadora de negocios comerciales fue desarrollada en el Reino Unido en 1951, por la Compañía J. Lion.​ Esta fue conocida como 'Lyons Electronic Office' o LEO para abreviar. Fue desarrollado aún más y se utiliza ampliamente en la década de 1960 y principios de 1970. (Joe Lyons formó una compañía independiente para el desarrollo de las computadoras LEO y este posteriormente se fusionó para formar el English Electric Leo Marconi y luego Internacional Computers Ltd.)

Para finales de la década de 1950, los fabricantes de tarjetas perforadas, Hollerith, Power- Samas, IBM y otros, también promovieron una serie de ordenadores. Los primeros sistemas comerciales fueron instalados exclusivamente por las grandes organizaciones. Estas pueden darse el lujo de invertir el tiempo y el capital necesarios para la compra de hardware, contratar el personal especializado para el desarrollo de software a medida y el trabajo consecuente (y muchas veces inesperado) a cambios organizativos y culturales. (ver figura 2).

figura 2. Procesamiento electrónico de datos en la fábrica
Wolfsburg de Volkswagen , 1973

El Proceso Electrónico de Datos frecuentemente es relacionado con los sistemas de información, centros de computo, etc. Sin embargo en la actualidad también se considera dentro de esto la obtención, análisis y registros de datos a través de interfases y computadores (ver video 1).

video 1. El computador electrónico para el procesamiento de datos.

Al igual que con otros procesos industriales comerciales que se han movido en todos los aspectos a una medida personalizada, la industria basada en la artesanía, donde el producto es ajustado a los clientes , los componentes de usos múltiples tomados fuera de la plataforma para encontrar el ajuste óptimo en cualquier situación . La producción en masa ha reducido en gran medida los costos y está disponible incluso para la empresa más pequeña.

LEO fue un hardware a medida para un solo cliente. Hoy,  y circuitos compatibles son estándar y se convierten en piezas de otros componentes que se combinan según sea necesario. Uno de los cambios individuales era la liberación de los ordenadores y de almacenamiento extraíble de ambientes protegidos. Microsoft e IBM en varias ocasiones han sido lo suficientemente influyentes como para imponer el orden y las estandarizaciones resultantes han permitido un software especializado.

Automatización Fija

AUTOMATIZACIÓN FIJA

La Automatización Fija, es aquella asociada al empleo de sistemas lógicos tales como: los sistemas de reveladores y compuertas lógicas; sin embargo estos sistemas se han ido flexibilizando al introducir algunos elementos de programación como en el caso de los (PLC’S) O Controladores Lógicos Programables.

(productos con gran índice de demanda y volumen) Este tipo de producción tiene un alto costo y se ha de tener en cuenta que su ciclo de vida es el mismo que el del producto que se fabrica.Ejemplo: Líneas mecanizadas de ensamblaje y líneas de transferencia de maquinado. (ver figura1).

ver imagen 1. maquinas de ensamblaje.

las características principales de la automatización fija son:

1. Alta inversión inicial en equipo diseñado bajo requisitos específicos.
2. Altas tasas de producción.
3. Poca flexibilidad para aceptar cambios en los productos.

La justificación económica de la automatización fija se encuentra en productos con altas razones de demanda y volumen. El alto costo inicial del equipo se puede distribuir entre un gran número de piezas, haciendo así el costo unitario atractivo en comparación con otros métodos de producción. Dos ejemplos de este tipo de automatización incluyen las líneas mecanizadas de ensamble (surgidas alrededor de 1913 - el producto se movía sobre conveyors mecanizados, pero las estaciones de trabajo a lo largo de la línea eran operadas manualmente) y las líneas de transferencia de maquinado (ver video 1).

ver video1. automatización fija.

Control Numérico Computarizado

CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO

El Control Numérico por Computador, también llamado CNC (en inglés Computer Numerical Control), es todo aquel dispositivo que pueda contar con la capacidad de dirigir el posicionamiento en diferentes planos de un dispositivo mecánico, que resulta ser móvil por medio de órdenes elaboradas y predeterminadas para cumplir un trabajo específico por medio de la interacción de un lenguaje de programación y un ordenador o computador (ver Figura 1).  

figura 1. definición ilustrativa del CNC

 ¿CÓMO FUNCIONA EL CNC? 

Para cumplir una tarea o trabajo, el sistema de control numérico computarizado utiliza una serie de órdenes, generadas por un software de control, que serán simuladas, identificadas y codificadas y puestas en marcha para luego ser asumidas por la máquina, utilizando movimientos en un sistema de coordenadas de referencia que especificarán el movimiento del dispositivo o de la herramienta que hace la operación. 

Generalmente el Control Numérico Computarizado es utilizado en operaciones específicas de maquinado como son las de torneado y de fresado, cortado, doblado ó especialmente cuando la industria necesita producir objetos o productos que cumplan con las características de normalización e igualdad de productos exigidas por un mercado, tomando como ejemplo el mercado de repuestos y auto partes; este sistema ha revolucionado la fabricación de todo tipo de objetos, en la industria metalúrgica.

El mercado y la competencia han hecho surgir el desarrollo de nuevas tecnologías en las cuales se busca la economía de materia prima y la obtención de productos utilizando una fracción del tiempo utilizado en los métodos tradicionales de fabricación. De allí surge la necesidad de adecuar nuestras industrias a fin de que puedan ser competentes en reto de los próximos años.

Una opción o alternativa clara frente a la competencia de tecnologías es la conversión de las industrias a elementos como el de la automatización por medio del CNC. (ver video 1). 

ver video1. control numérico computarizado.

 VENTAJAS DEL CNC

Las máquinas y herramientas de Control Numérico Computarizado, brindan algunas ventajas adicionales como:
• Amplia capacidad de operaciones de trabajo.
• Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el trabajo con productos peligrosos o de alto riesgo.
• Amplia capacidad de diseño. Las máquinas o herramientas de control numérico computarizado cuentan con una amplia y abierta capacidad para realizar diseños desde básicos hasta complejos.
• Disposición de varios lenguajes de programación, aunque es muy común encontrar diferentes fabricantes de máquinas o herramientas de control numérico computarizado donde cada uno asume un software actual para el desarrollo de las operaciones de la máquina, pero que generalmente suelen ser compatibles entre sus versiones.
• Control y normalización de sus productos. Por medio del uso de esta tecnología, se ejerce mayor control en las empresas sobre el uso adecuado de materias primas, puesto que según una producción, se pueden estimar las dimensiones de la materia prima.
• Precisión. Mayor precisión de la máquina herramienta de control numérico respecto de las maquinas tradicionales, puesto que la máquina realiza avances programados totalmente asistidos por computador.

• Un solo operador para varias máquinas. Con el uso de esta tecnología un operario puede sincronizar varias máquinas para que trabajen al mismo tiempo, ahorrando el uso de mano de obra calificada.
• Mayor exactitud en sus operaciones. Aunque el margen de error que se maneja es muy pequeño, la máquina cuenta con un sistema de auto calibraciones periódicas para evitar errores.
• Mínimas pérdidas de materia prima.
• Mayor capacidad en cuanto a la programación y puesta en marcha.

• Competitividad frente a las máquinas tradicionales.

Automatización Flexible

AUTOMATIZACIÓN FLEXIBLE

En el ciclo de la vida tecnológico de una industria se distinguen dos fases, una orientada hacia el producto y otra orientada hacia el proceso dentro de la evolución de una tecnología y sus aplicaciones, identificándose procesos de producción especificados por cada fase.

Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada pensada para un nivel de producción medio. Es la ampliación de la automatización programable. Reduce el tiempo de programación del equipo y permite alternar la elaboración de dos productos (en series) al mezclar diferentes variables. La flexibilidad se refiere a la capacidad de los equipos para admitir los cambios en el diseño y configuración del producto, reduciendo así los costos para las compañías. Además, los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre si por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora.(ver imagen 1).

imagen 1. maquinas de corte por laser.

Proveedores de equipos de automatización: 

• Fuerte inversión para equipo de ingeniería.
• Producción continua de mezclas variables de productos.
• Índices de producción media.
• Flexibilidad para lidiar con las variaciones en diseño del producto.

Las características de la automatización flexible son:

• Alta inversión en un sistema diseñado bajo requerimientos específicos.
• Producción continua de mezclas variables de productos.
• Tasas de producción medias.
• Flexibilidad para adaptarse a variaciones en el diseño del producto sin perder tiempo de producción.

Un sistema automatizado flexible es aquel que puede producir una variedad de productos (o partes) con virtualmente ninguna pérdida de tiempo para cambios entre un producto y el siguiente. No hay tiempo de producción perdido mientras se reprograma el sistema y se cambia la preparación física (herramientas, aditamentos, parámetros de las máquinas). En consecuencia, el sistema puede producir varias combinaciones y programaciones de productos, en lugar de requerir que se hagan en lotes separados (ver video 1).

video 1. fabricación producción flexible.