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Automatizacion en la manufactura - sQué es un sistema automatizado?, Accionadores y Preaccionadores, Tecnologías cableadas



5.1 Definición Automatización, tipos y usos dentro de las diferentes operaciones de manufactura

Automatización es la tecnología que trata de la aplicación de sistemas mecánicos, electrónicos y de bases computacionales para operar y controlar la producción. Esta tecnología incluye Las características esenciales que distinguen la automatización flexible de la programable son

aœ“ Capacidad para cambiar partes del programa sin perder tiempo de producción.

“ La Capacidad para cambiar sobre algo establecido físicamente asimismo sin perder tiempo de producción.

Razones para la automatización:

• Incrementa la productividad

• Alto costo de mano de obra

• Mano de obra escasa

• Tendencia de mano de obra con respecto al sector de servicios

• Seguridad

• Alto costo de materiales en bruto



• Mejora la calidad del producto

• Reduce el tiempo de manufactura

• Reducción del proceso de inventarios

• Alto costo de la no automatización

Pro´s y contras

|Pro´s |Contras |
|La automatización es la clave para una semana laboral más corta |La automatización resultará en la dominación o sometimiento del ser humano por |
la máquina |
|Brinda condiciones de trabajo más seguras para el trabajador |Habrá una reducción en lafuerza laboral, con el resultante desempleo |
| La producción automatizada resulta en precios más bajos y en mejores productos |La automatización reducirá el poder de compra |
|El crecimiento de la industria de la automatización proveerá por si misma |Automatización es el único significado para incrementar el nivel de vida |
|oportunidades de empleo

sQué es un sistema automatizado?

La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales: Parte de Mando y Parte Operativa.

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.

1. Detectores y Captadores

Como las personas necesitan de los sentidos para percibir, lo que ocurre en su entorno, los sistemas automatizados precisan de los transductores para adquirir información de



• La variación de ciertas magnitudes físicas del sistema.

• El estado físico de sus componentes

Los dispositivos encargados de convertir las magnitudes físicas en magnitudes eléctricas se denominan transductores. Los transductores se pueden clasificaren función del tipo de señal que transmiten en

o Transductores todos o nada: Suministran uña señal binaria claramente diferenciada. Los finales de carrera son transductores de este tipo.

o Transductores numéricos: Transmiten valores numéricos en forma de combinaciones binarias. Los encoders son transductores de este tipo.

o Transductores analógicos: Suministran una señal continua que es fiel reflejo de la variación de la magnitud física medida.

Algunos de los transductores más utilizados son: Final de carrera, fotocélulas, pulsadores, encoders, etc.

2. Accionadores y Preaccionadores

El accionador es el elemento final de control que, en respuesta a la señal de mando que recibe, actúa sobre la variable o elemento final del proceso. Un accionador transforma la energía de salida del automatismo en otra útil para el entorno industrial de trabajo. Los accionadores pueden ser clasificados en eléctricos, neumáticos e hidráulicos. Los accionadores más utilizados en la industria son:

• Cilindros

• motores de corriente alterna

• motores de corriente continua

Los accionadores son gobernados por la parte de mando, sin embargo, pueden estar bajo el control directo de la misma o bien requerir algún pre accionamiento para amplificar la señal de mando. Este pre amplificación se traduce en establecer o interrumpir la circulación de energía desde la fuente al accionador.

Los preaccionadores disponen de: Partes de mando o de control que se encarga de conmutar la conexión eléctrica, hidráulica o neumática entre los cables o conductores del circuito de potencia. La Parte de Mando sueleser 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.

3. Tecnologías cableadas

Con este tipo de tecnología, el automatismo se realiza interconectando los distintos elementos que lo integran. Su funcionamiento es establecido por los elementos que lo componen y por la forma de conectarlos. Esta fue la primera solución que se utilizo para crear autómatas industriales, pero presenta varios inconvenientes, los dispositivos que se utilizan en las tecnologías cableadas para la realización del automatismo son

o Redes electromagnéticos.

o Módulos lógicos neumáticos.

o Tarjetas electrónicas.

o Tecnologías programadas

Objetivos de la automatización

1. Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción y mejorando la calidad de la misma.

2. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad.

3. Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

4. Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.

5. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

6. Integrar la gestión y producción.

5.2. HardwareSoftware para Automatización

EL SOFTWARE

Software en la automatización – El control de procesos computarizado es el uso de programas digitales en computadora para controlar el proceso de una industria, hace el uso de diferentes tecnologías como el PLC está guardado en el proceso de una computadora. Hoy en día el proceso computarizado es muy avanzado ya que los procedimientos de datos y otras funciones se pueden controlar más.



En cuanto al proceso de los datos que se introducen a la computadora y los que salen de ella se implementan sistema de monitoreo y control que es lo que para principalmente se usa el software en la automatización. Para monitorear un proceso información de manufactura tiene que ser introducido para que la interfaz de la computadora sepa que monitorear.

EL HARDWARE

Los sistemas de automatización de mañana desempeñarán tareas complejas en una variedad de productos, con frecuencia de manera simultánea. Los retos del hardware en el diseño de dichos sistemas son lograr flujo del proceso, la producción, y el tiempo de funcionamiento mientras se logra cumplir la compleja tarea de automatización.

1. Flujo del Proceso

La velocidad de su máquina afecta directamente el flujo del proceso. Para lograr grandes velocidades, use componentes mecánicos con menor fricción, como un motor lineal es vez del actuador tipo tornillo. Puede mejorar la velocidad del sistema de control usando tecnologías embebidas, como los FPGAs con ciclos de ejecución de 1 MHz en lugar de los tradicionales PLCs con ciclos de 1 kHz. Los sistemas de tipo servo continúan dominando las máquinas alejándose cada vezmás de los sistemas tradicionales.

2. Producción

La reducción de desechos con alto nivel de repetición es clave para lograr una mejor producción. Programar la máquina para seguir perfiles de control de movimiento deseados resulta crítico para fijar el nivel de repetición. Puede lograrlo al ajustar sus motores con tiempos de ajuste pequeños y menos sobredisparos para la respuesta de un paso. Para un mejor ajuste, utilice métodos de control basados en modelos para lograr los correctos parámetros de ajuste PID o reemplazar algoritmos PID tradicionales con algoritmos de control basados en modelos. Tecnologías, como la inspección automatizada y RFID, juegan un papel importante en manejar rechazos, lo cual agiliza las velocidades del proceso.

3. Tiempo de Funcionamiento

Una máquina moderna requiere un manejo de más de 10 productos en la misma línea de manufactura. No es sólo la confiabilidad de los componentes en el sistema, también los tiempos de relevo entre los diferentes productos que afectan el tiempo de funcionamiento del sistema. Puede modificar el tiempo de funcionamiento al reconfigurar el algoritmo de control para adaptar el sistema a un conjunto diferente de condiciones con un producto diferente en la línea de producción. AUTOMATIZACION

APLICACIONES DE LOS ROBOTS

“ Ambientes riesgosos.

“ Trabajo de repetición cíclica: más consistencia y rapidez que un humano.

“ Dificultad de manejo de herramientas por parte de los seres humanos: en el caso de herramientas pesadas o difíciles de manipular.

“ Multioperaciones: en estos casos, la máquina llega a sustituir varios trabajadores,no sólo uno.

“ Posiciones y orientación establecidas: Tiene mayor grado de exactitud.

5.3 INGENIERÍA CONCURRENTE

La ingeniería concurrente, también llamada por muchos autores ingeniería simultánea, es un fenómeno que aparece a principios de la década de los ochenta en el Japón y que llega a Europa a través de América, fundamentalmente Estados Unidos, a finales de esa misma década.

El objetivo de una empresa industrial es, en pocas palabras

“Diseñar productos funcionales y estéticamente agradables en un plazo de lanzamiento lo más corto posible, con el mínimo coste, con el objetivo de mejorar la calidad de vida del usuario final”

La ingeniería concurrente que ahora se aborda es una filosofía basada en sistemas informáticos y, como la gran mayoría de estos sistemas, su aportación fundamental consiste en una muy evolucionada forma de tratar la información disponible. Bajo esta idea se han planteado diversas posibles definiciones pero quizá la que mejor responde a esta idea es

“Filosofía de trabajo basada en sistemas de información y fundamentada en la idea de convergencia, simultaneidad o concurrencia de la información contenida en todo el ciclo de vida de un producto sobre el diseño del mismo”

Evidentemente, el diseño ya no es una tarea unipersonal, es una tarea de equipo. Es responsabilidad del equipo y, por tanto, las decisiones importantes deben ser tomadas en función de la información aportada por cada una de las personas afectadas, haciendo referencia directa a proveedores y subcontratistas.

La Ingeniería Concurrente puede ponerse en práctica mediante la creación de Equiposde Trabajo. Este tipo de práctica de la Ingeniería Concurrente puede dar resultado en pequeñas y medianas empresas, al igual que en las grandes corporaciones. Sin embargo, existe un amplio abanico de herramientas que facilitan la puesta en marcha de un entorno de ingeniería concurrente. La razón de utilizar estas herramientas reside en la existencia de una gran cantidad de información, que debe circular entre los miembros del equipo de trabajo, que necesariamente no deben estar físicamente próximos entre sí. Uno de los elementos básicos para la implantación de la Ingeniería Concurrente es la incorporación de las tecnologías CAD/CAM/CAE.

Para conseguir una implantación con éxito y conseguir un entorno de Ingeniería Concurrente competitivo, existen cinco ámbitos a abordar y mejorar

1. La modelización de los procesos.

Técnica que ayuda a analizar y a mostrar como la información fluye y se transforma a lo largo un conjunto de actividades relacionadas con el proceso de diseño.

2. La arquitectura de los sistemas de información.

Es necesario que el compartir datos libremente entre aplicaciones, usuarios y organizaciones sea una realidad, donde las distintas aplicaciones actúen de forma integrada y cooperativa.

3. La creación de equipos de trabajo multidisciplinares, con unos objetivos claros y una comunicación efectiva entre sus miembros es crucial.

Estos grupos se pueden organizar con los miembros del equipo trabajando en proximidad, preferiblemente en una oficina de espacios abiertos. También es posible, mediante la utilización de herramientas informáticas, organizar equipos de trabajo cuyoscomponentes no estén próximos físicamente.

4. La utilización de metodologías formales de diseño.

Entre las distintas teorías o metodologías para el trabajo en equipo o para la mejora del diseño existen algunas que son bastante importantes en la Ingeniería Concurrente. La lista de métodos formales disponibles en la actualidad es muy diversa, entre los que podemos citar el Despliegue de la Función de Calidad (QFD), Métodos Taguchi, o Diseño para Fabricación y Ensamblaje.

5. La utilización de herramientas asistidas por el ordenador: La adquisición y/o desarrollo de programas para ingeniería, diseño y la gestión de sus procesos.

La adquisición y/o desarrollo de programas para la comunicación e información entre diferentes ordenadores, programas y localizaciones, junto a las herramientas de integración. La Ingeniería Concurrente supone la integración de todos los medios de la empresa necesarios para el desarrollo del producto, incluyendo el personal, las herramientas, los recursos y la información.

DISEÑO CONCURRENTE E INGENIERIA SIMULTÁNEA

Como se ha indicado al principio, la ingeniería concurrente es también denominada, quizá no muy correctamente, ingeniería simultánea y, hoy en día, también ingeniería corporativa.
Aun cuando los conceptos se aplican indistintamente, existe una pequeña diferencia de matiz que es necesario apuntar. La ingeniería concurrente propiamente dicha nace de la concurrencia o retroalimentación de información desde áreas de fabricación hacia diseño al objeto de diseñar al mismo tiempo el producto y el sistema de fabricación del producto. Esta idea evoluciona rápidamente y obtiene unaconcurrencia de información no sólo de fabricación hacia diseño, sino de todos los demás elementos implicados.

Desde el punto de vista de planificación, la filosofía de concurrencia implica una idea de simultaneidad de tareas al abordarse en paralelo tanto el diseño del producto como el diseño del sistema de fabricación, los esquemas de montaje y embalaje, el plan de lanzamiento e incluso la obsolescencia. Este hecho hace que en sectores de planificación y organización no se hable de ingeniería concurrente sino de ingeniería simultánea.

APLICACIONES

Con objeto de profundizar un poco más en el campo de la ingeniería concurrente y su campo de aplicabilidad en el diseño industrial, se procede a analizar situaciones reales que se dan hoy en día en diversos sectores como son

o Diseño mecánico.

Quizá sea en el campo del diseño mecánico el sector en el que más ha avanzado la ingeniería concurrente. Ello es debido probablemente a que el diseño del automóvil, conjunto de elementos mecánicos acoplados con precisión, ha estado sometido a fuertes exigencias para obtener cada vez más y mejores resultados. También se ha de apuntar que en el sector del automóvil Japón es un líder indiscutible, y su liderazgo se debe, sin lugar a dudas, a su capacidad para elaborar y poner en funcionamiento herramientas cada vez más sofisticadas de diseño y fabricación automatizadas, herramientas entre las cuales, la ingeniería y diseño concurrentes son un engranaje más.

o Montaje.

En el campo del montaje todavía se debe localizar otro factor importante en la idea de la concurrencia en la transmisión de información de diseño. Si enla fase de montaje, simulado por supuesto, se detecta un problema que afecta a más de una pieza, por ejemplo un ajuste, la modificación introducida, que afecta a varias piezas, debe ser capaz de ser procesada en todas de una manera automática, sin obligar al diseñador a recordar y localizar cuáles son las piezas a las que esta modificación pueda afectar. Se gestionan las modificaciones de manera automática, sin intervención exterior, único elemento que garantiza que el conjunto guarda su integridad y su coherencia intrínseca.

5.4 EL PROCESO AUTOMATIZACION: ETAPAS, PROCEDIMIENTOS Y RECOMENDACIONES

ETAPAS DE LA AUTOMATIZACION

La fabricación automatizada surgió de la íntima relación entre fuerzas económicas e innovación técnica, así como la división del trabajo. En conjunto con la utilización de transferencia de energía y la mecanización de las fábricas, y el desarrollo de las máquinas de transferencia y sistemas de realimentación. La división del trabajo se desarrolló en la segunda mitad del siglo XVIII, y fue analizada por primera vez por el economista británico Adam Smith en sus libro Investigación sobre la naturaleza y causas de la riqueza de las naciones (1776). En la fabricación, la división de trabajo permitió incrementar la productividad y reducir el nivel de especialización de los obreros. La mecanización fue la siguiente etapa necesaria para la evolución hasta la automatización.

La simplificación del trabajo permitida por la división de trabajo también posibilitó el diseño y construcción de máquinas que reproducían los movimientos del trabajador. A medida que evolucionó la tecnología de transferencia deenergía, éstas máquinas especializadas se motorizaron, aumentando así su eficacia productiva. El desarrollo de la tecnología energética también dio lugar al surgimiento del sistema fabril de producción, ya que todos los trabajadores y máquinas debían estar situados junto a la fuente de energía. La máquina de transferencia es un dispositivo utilizado para mover las piezas que se está trabajando desde una máquina especializada hasta otra, colocándola de forma adecuada para la siguiente operación de maquinado.

Los robots industriales, diseñados en un principio para realizar tareas sencillas en entornos peligrosos para los trabajadores, son hoy extremadamente hábiles y se utilizan para trasladar, manipular y situar piezas ligeras y pesadas, realizando así todas las funciones de una máquina de transferencia. En realidad, se trata de varias máquinas separadas que están integradas en lo que a simple vista podría considerarse una sola. En la década de 1920 la industria del automóvil combinó estos conceptos en un sistema de producción integrado. El objetivo de este sistema de línea de montaje era abaratar los precios. A pesar de los avances más recientes, éste es el sistema de producción con el que la mayoría de la gente asocia el término automatizado. Un elemento esencial de todos los mecanismos de control automático es el principio de realimentación, que permite al diseñador dotar a una máquina de capacidad d autocorrección.

Un ciclo o bucle de realimentación es un dispositivo mecánico, neumático o electrónico que detecta una magnitud física como una temperatura, un tamaño o una velocidad, la compara con la norma establecida, y realizaaquellas acciones reprogramadas necesarias para mantener la cantidad medida dentro de los límites de la norma aceptable.

RECOMENDACIONES

Las empresas deben de trabajar buscando la disminución de la contaminación y daño ambiental. Toda actividad desempeñada por el hombre genera residuos contaminantes, pero hay ciertas actividades inmersas en la industrialización de los procesos productivos que son más perjudiciales que otros. Automatización del Tratamiento de Residuos Industriales Automatización del Tratamiento de Aguas Residuales Automatización del Tratamiento de Gases Tóxicos. Necesidad de brindar seguridad al personal Se obtiene un aumento en la seguridad de las instalaciones y la protección a los trabajadores. Un sistema automatizado debe ser fuerte, ser resistente contra el medio en el que opera. Un sistema automatizado debe ser seguro – esto significa aspirar que bajo toda circunstancia se eviten las heridas o la muerte de una persona – y confiable – es decir evitar la caída de la producción –. Desarrollo de nuevas tecnologías El desarrollo de software ha crecido en los últimos años, las nuevas tecnologías, Internet y la velocidad de los mercados amplían la complejidad del desarrollo de software. Cada día se requieren más y mejores programas (software) para mantener o elevar la competitividad, bajar los costos, aumentar las ventas, aumentar la productividad y contar con la información a tiempo para la toma de decisiones. CONCLUSION La idea que se tiene de la automatización es que elimina empleos, pero en general la automatización ayuda a las empresas, mantenerse competitivos y a generar empleo.






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