Introducción del Operario Humano en el Ciclo de Automatización de Procesos Mediante la Guía GEMMA
INTRODUCCION
El diseño de sistemas de producción complejos requiere de nuevas herramientas y metodologías. Desde el punto de vista académico, se ha contribuido mediante el uso de las redes de Petri (Petri Nets-PN), sobre problemas diversos de modelado de procesos en automatización (Kontogiannis, 2005). Uno de los aspectos no resueltos mediante el formalismo de las redes de Petri, es la introducción de las tareas humanas en el modelo descrito en forma de estados y transiciones. En todo problema de automatización, la secuencia de operaciones a realizar por la máquina tan solo es una parte. Es necesario analizar como el operario humano accede y participa también en el ciclo de operaciones básicas. De igual modo, es importante poner de manifiesto cómo se lleva a cabo la interacción entre el operario humano y el controlador lógico programable (PLC), encargados ambos de compartir las tareas de control de las operaciones. Para aunar automatización y tareas humanas es necesario acercar las disciplinas automatización industrial e interacción persona-ordenador (Armengol et al., 2000; Cañas, 2004; Cavaría, 2007; Mondelo, 2001; Carver y Turoff, 2007; Ponsa y Díaz, 2007). Antes de proceder a estudios de campo o a la aplicación de métodos etnográficos para la obtención de la elicitación del conocimiento es menester empezar por la investigación en el laboratorio mediante estudios prácticos de escenarios en los que aplicar las técnicas de ergonomía y usabilidad.
En este artículo se presenta el estudio concreto de la intervención de operarios en sistemas automatizados a los que se ha aplicado la metodología llamada guía GEMMA (ADEPA, 1981), detallada en las dos siguientes secciones (La guía GEMMA, Diseño estructurado). Siguiendo el desarrollo de la metodología presentada, la sección llamada Diseño de panel industrial muestra cómo la ergonomía puede aplicarse al diseño de paneles de mando en automatización industrial. El centro docente de la Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de Vilanova i la Geltrú (EPSEVG), dispone de un Laboratorio docente de Sistemas de Producción en el que se reproduce de forma didáctica las tareas de los operarios de planta (mantenimiento, automatización, vigilancia del proceso controlado, intervención del operario mediante panel de mando, supervisión mediante herramientas gráficas comerciales, seguridad del sistema persona-máquina), en un sistema de fabricación académico. La sección citada muestra las tareas llevadas a cabo por ingenieros técnicos sobre un panel de mando didáctico en el que se presentan indicaciones ergonómicas para la mejora del panel utilizado. En la sección de conclusiones se valora los resultados obtenidos y se plantean las líneas siguientes de trabajo a acometer.
LA GUÍA GEMMA
La guía GEMMA procede de los trabajos llevados a cabo durante dos años por la Agencia Nacional Francesa para el Desarrollo de la Producción Aplicada a la Industria (ADEPA, 1981). Las siglas GEMMA (Guide d’Etude des Modes de Marches et d’Arrets), significan Guía de Estudio de los Modos de Marcha y Paro. En el contexto de su creación, a lo largo del año 1993, se concibe para que esté en consonancia con las normas de seguridad de la Unión Europea. Bajo la norma nacional francesa UTE C 03-191, se complementa con la representación GRAFCET (Grafo de estados y transiciones), (AFCET-ADEPA, 1995) y pretende dar cabida a una metodología que incluya los modos de marcha y paro del control secuencial, el funcionamiento correcto del proceso controlado junto al funcionamiento deteriorado ante anomalías, e incluso el tratamiento de situaciones de emergencia en previsión de posibles daños humanos o materiales (Garcia, 2004). La metodología presente en la guía GEMMA (Ponsa y Vilanova, 2005) consiste en un conjunto de fases:
- Automatización - Control Supervisor (Supervisory control) - Interacción - Implantación - Test
La aproximación clásica se focaliza en los aspectos de automatización, ya que los futuros operarios han cursado estudios reglados en el área de ingeniería y son expertos en controladores lógicos programables PLC, neumática, robótica y sensórica (Fig. 1).
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Fig. 1: Interacción persona-máquina en automatización industrial
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En la fase de control supervisor, se pretende remarcar el rol de vigilancia del proceso controlado por parte del operario humano (Català et al., 2000; Petersen, 2004; Ponsa y Català, 1999). En la fase de interacción, el operario interviene mediante un panel de mando. Es importante plantear el diseño del panel de mando, en función de las acciones físicas del operario sobre dispositivos y la recepción de señales informativas visuales o acústicas (Oncins, 2007). En la fase de implantación se procede a la programación de la guía GEMMA dentro del automatismo (controlador lógico o PLC). En la fase de test el operario, se puede verificar el correcto funcionamiento, e introducir mejoras de forma iterativa en cada una de las fases mencionadas. La guía GEMMA se presenta como una lista gráfica de modos que permiten al operario humano definir desde el inicio todas las operaciones y sus consecuencias sobre la máquina (Kontogiannis, 1996). La guía GEMMA parte de diversos conceptos básicos:
- condiciones previas de conexión de energía a la máquina - procedimientos de marcha y paro de la máquina (control manual y/o control automático) - procedimientos de funcionamiento de la máquina (funcionamiento normal o anómalo) - procedimientos de fallos y/o defectos de la máquina (tratamiento de situaciones de emergencia, reconducción de la máquina a situaciones seguras de funcionamiento)
A partir de estas ideas, la guía GEMMA se crea como una representación gráfica del conjunto de conceptos descritos en forma de modos operativos (asociados en familias de procedimientos A, F, D) y transiciones entre modos. A continuación se describen los modos más relevantes.
PZ1: Puesta del control sin energía. Cuando el automatismo se queda sin energía, este estado se ocupa de los procedimientos a realizar para garantizar la seguridad.
F1: Producción normal. Estado en el que la máquina está produciendo normalmente, realizando la tarea para la que está concebida. En su interior, se encuentra el algoritmo básico, expresado habitualmente como GRAFCET de producción o GRAFCET de base.
F4: Marcha de verificación sin orden. Permite certificar movimientos individuales del ciclo, sin respetar el orden habitual (usualmente, en vacío). Es asimilable a la intervención del operario en la forma de control manual.
A1: Parada en el estado inicial. Estado inicial de reposo de la guía GEMMA. Se suele corresponder con el estado inicial del GRAFCET.
A2: Parada a final de ciclo. Cuando se solicita este paro, la máquina debe completar el ciclo y luego detenerse en el estado inicial. En caso contrario, no se produce interrupción alguna y el ciclo se repite automáticamente.
A5: Preparación para la Puesta en Marcha después de un Fallo. En este estado, deben efectuarse las operaciones necesarias para una nueva puesta en marcha después de un fallo/defecto (vaciado, limpieza, reposición de producto, etc.). Se trata de reconfigurar el sistema y, una vez concluida la preparación, habitualmente se asocia a un pulsador con la finalidad de rearme.
D1: Parada de emergencia (o parada para asegurar la seguridad). Estado al que evoluciona el sistema después de accionar el paro de emergencia. Debe preverse un cese de actividades lo más rápido posible y las actuaciones necesarias para limitar las consecuencias del paro (tanto en la producción como para los operarios).
D2: Diagnóstico de fallos/defectos y/o tratamiento de fallos/defectos. Acciones a ejecutar para determinar el origen del fallo o el origen del defecto. Pueden realizarse con la ayuda del operario.
