AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: ÁREAS DE APLICACIÓN PARA INGENIERÍA

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL:
ÁREAS DE APLICACIÓN PARA INGENIERÍA


RESUMEN
Dentro del campo de la producción industrial, desde los inicios de la era industrial hasta la
actualidad, la automatización ha pasado de ser una herramienta de trabajo deseable a una
herramienta indispensable para competir en el mercado globalizado. Ningún empresario
puede omitir la automatización de sus procesos para aumentar la calidad de sus productos,
reducir los tiempos de producción, realizar tareas complejas, reducir los desperdicios o las
piezas mal fabricadas y especialmente aumentar la rentabilidad. El autor, experto en el
tema, presentó a los estudiantes de ingeniería de la Universidad Rafael Landívar los
principales aspectos que el control y automatización de procesos conlleva enfatizando en la
posibilidad de realizar investigación aplicada en cada uno de los diversos campos que esta
disciplina incluye.


INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACION INDUSTRIAL
Dentro del campo de la producción industrial, la automatización
ha pasado de ser una herramienta de trabajo deseable a una
herramienta indispensable para competir en el mercado
globalizado. Ningún empresario toma a la ligera la
automatización de sus procesos para aumentar la calidad de sus
productos, reducir los tiempos de producción, realizar tareas
complejas, reducir los desperdicios o las piezas mal fabricadas y
sobre todo AUMENTAR LA RENTABILIDAD.
la historia de la automatización comienza con la introducción de
las máquinas (mecanización) para producir grandes cantidades,
para lo cual era imprescindible dividir el trabajo en tareas más
pequeñas y sencillas. La mecanización a gran escala dio lugar al
comienzo de la automatización.

CLASIFICACION DE LA AUTOMATIZACION
• Automatización de fabrica
– Empaquetadoras
– Clasificadoras
– Ensambladoras
• Automatización de procesos
– Ingenios azucareros
– Petroleras
– Explotación de minas


DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA (CAD)
Actividad de diseño que involucra el uso
eficiente de la computadora para crear, modificar
y documentar un diseño y esta asociado con el
uso de sistema de gráficos computarizados
interactivos para realizar el proceso de diseño

DISEÑO, MANUFACTURA E INGERIERIA ASISTIDA POR COMPUTADORA MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA (CAM)
Uso eficiente de la tecnología computacional para
planear, manejar y controlar la función de
manufactura.

Introducción del Operario Humano en el Ciclo de Automatización de Procesos Mediante la Guía GEMMA

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).

Fig. 1: Interacción persona-máquina en automatización industrial

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.

REVISTA FACULTAD DE INGENIERIA, U.T.A. (CHILE), VOL. 12 Nº1, 2004,, pp. 33-41 GESTIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN DE PLANTAS INDUSTRIALES EN CHILE

REVISTA FACULTAD DE INGENIERIA, U.T.A. (CHILE), VOL. 12 Nº1, 2004,, pp. 33-41

GESTIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN DE PLANTAS INDUSTRIALES EN CHILE

En los últimos años, las plantas industriales chilenas vienen automatizando sus procesos de producción, lo que ellas justifican, principalmente, en el alza sostenida de los salarios industriales. Sin embargo, tanto o más importante es la puesta en el mercado de tecnologías de reciente desarrollo y bajo costo, las que viabilizan muchos proyectos que hasta hace algunos años no eran factibles. En este trabajo se analizan los aspectos económicos y de gestión, relacionados con la automatización de los procesos productivos en Chile. Como estudio de caso, se muestra la robotización de los procesos de inspección visual de la producción, lo que permite apreciar, de un modo aproximado, los beneficios y los costos económicos asociados a estos proyectos. La principal conclusión del trabajo señala que, la automatización de los procesos productivos, constituye un desafío ineludible para la industria nacional, en los próximos años.

 scielo.

Automatización de Procesos Industriales

Ingeniero de Organización

José María González de Durana

Dpto. I.S.A. EUI–UPV/EHU–Vitoria-Gasteiz

proceso productivo

• Incrementa valor añadido

• Simple o compuesto de subprocesos

• Con o sin intervención humana (automático)

• Intervención humana: operación, vigilancia, ajuste, mantenimiento

• Modelo: sistema de eventos discretos

Operaciones básicas de fabricación

• Procesado de un elemento

Materia prima✲ Mecanizado Pieza ✲

• Montaje

Mat. prima 1✲ Mecanizado 1 Pieza 1✲

Mat. prima 2✲ Mecanizado 2 Pieza 2✲

Montaje Producto✲

• Movimiento de material

• Almacenamiento

• Inspección y control

Tipos de procesos

• Job Shops

- amplia gama, alta tecnología, series medianas–pequeñas

- mano de obra y maquinaria especializadas – elevados costes

• Producción por lotes

- muy extendida – lotes tamaño medio, cada lote de una tirada

- maquinaria y el personal preparados – cambio lote

• Líneas de producción

- cadena – grandes series - pocos productos – automóviles

- cintas trasportadoras – estaciones (proceso o montaje) – almacenes

• Producción continua

- productos simples – grandes cantidades – petroquímica

- flujo continuo de producto

pag27.

El control en la empresa

El esquema de feedback es aplicable los procesos de la empresa.

• Control de producción

• Control de calidad

• Control de presupuestos

• Control de procesos

Elementos esenciales:

• medida de variables del proceso a controlar

• realimentación de las variables medidas

• comparación con una consigna

• actuación sobre el proceso.

Automatización de Sistemas de Producción

1º Ingeniero en Automática y Elec. Industrial

5º Ingeniero Industrial

Fabio Gómez-Estern. 

Depto. De Ingeniería de Sistemas y Automática

Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla. Curso 2009-2010

Clasificación de elementos de automatización

 Sistemas de fabricación automáticos:

Máquinas herramientas de procesado, Líneas de producción 

automática, Máquinas de ensamblaje automático, Sistemas de 

fabricación con robots industriales, Sistemas Automáticos de 

almacenamiento de material, Sistemas de inspección y control de 

calidad automáticos.

 Sistemas automáticos de apoyo a la fabricación.

Dentro del primer grupo (SFA), tipos de 

Automatización

 Fija

 Programable

 Flexible

FIJA

Secuencia de procesado fija determinado por la situación 

del equipo.

 Cada operación es un proceso simple en la secuencia: rotación, 

alineamiento, taladrado

 La complejidad está en el conjunto de operaciones 

Características (las de sistemas de prod. “en masa”)

 Gran inversión inicial en equipos a medida.

 Altas tasas de producción.

 Relativamente inflexible a la hora de acomodar variaciones.

 Su uso está justificado cuando se requieren altas tasas de producción,

 El elevado coste inicial se distribuye en las múltiples uds. fabricadas.

Ejemplos: 

 Líneas de mecanizado

 Máquinas de ensamblaje automático

Automatización del sistema de fabricación

Automatiza

PROGRAMABLE

El equipo tiene la capacidad de cambiar la secuencia de operación 

mediante programa para adaptarse a variaciones del producto.

Características

 Alta inversión en equipos de propósito general.

 Tasas de producción inferiores a la Automatización Fija.

 Flexibilidad para acomodar tratar con variaciones en el diseño y la 

configuración del producto.

 Adecuado para los sistemas de producción por lotes.

Funcionamiento. Al final de cada lote, se realizan los cambios 

en la configuración, o changeovers:

 Reprogramación de robots, máquinas de CN y demás dispositivos 

programables.

 Modificaciones físicas en las herramientas (fijaciones, brocas…)

Ejemplos:

 Robots industriuales, Control numérico, PLCs, relés programables.

FLEXIBLE

Extensión de la Automatización 

Programable (años ). El tiempo de 

actualización (changeover time)

es mucho menor que en la A.P. 

Sólo es posible para variaciones 

blandas. No existen lotes.

Características

 Alta inversión en equipos a medida.

 Producción continua de mezclas 

variables de productos.

 Tasas de producción media.

 Flexibilidad para acomodar 

variaciones en el diseño del 

producto.

autom

Diseño Industrial. Pere Ponsa, Toni Granollers. 

 Diseño y automatización industrial

 Sistemas de automatización 

La Real Academia de las Ciencias Físicas y Exactas define la automática como el 

conjunto de métodos y procedimientos para la substitución del operario en tareas físicas 

y mentales previamente programadas. De esta definición original se desprende la 

definición de la automatización como la aplicación de la automática al control de 

procesos industriales. 

Por proceso, se entiende aquella parte del sistema en que, a partir de la entrada de 

material, energía e información, se genera una transformación sujeta a perturbaciones 

del entorno, que da lugar a la salida de material en forma de producto. Los procesos 

industriales se conocen como procesos continuos, procesos discretos y procesos batch. 

Los procesos continuos se caracterizan por la salida del proceso en forma de flujo 

continuo de material, como por ejemplo la purificación de agua o la generación de 

electricidad. Los procesos discretos contemplan la salida del proceso en forma de 

unidades o número finito de piezas, siendo el ejemplo más relevante la fabricación de 

automóviles. Finalmente, los procesos batch son aquellos en los que la salida del 

proceso se lleva a cabo en forma de cantidades o lotes de material, como por ejemplo la 

fabricación de productos farmacéuticos o la producción de cerveza. 

El concepto de proceso está claramente relacionado con los conceptos de productos, 

programas, así como con la planificación de plantas, tal como muestra la figura. La 

estructura organizativa de la empresa debe contar con una clara relación entre estos 

conceptos, y para ello el ciclo de diseño está basado en la idea de ingeniería concurrente 

en la que diversos equipos desarrollan de forma coordinada cada uno de los diseños En 

concreto es relevante centrarse en qué se va a producir, como y cuando se fabricarán los 

productos, qué cantidad de producto debe fabricarse, así como especificar el tiempo 

empleado y el lugar en que se llevarán a cabo dichas operaciones. Estas cuestiones 

sobrepasan los límites del presente libro (Tompkins et. al., 2006), (Velasco, 2007). 

En este punto es necesario hacer un breve inciso sobre los tipos de industria existentes y 

los problemas de control que se plantean en cada tipo de industria. Las industrias 

relacionadas con la automatización son básicamente la industria manufacturera y la 

industria de procesos. La industria manufacturera (discrete parts manufacturing) se 

caracteriza por la presencia de máquinas herramienta de control numérico por ordenador 

como núcleo de sistemas de fabricación flexible. En esta industria, destaca el uso de 

estaciones robotizadas en tareas de soldadura al arco o por puntos, pintura, montaje, 

etc., de forma que en la actualidad la necesidad de automatización es elevada si se desea 

ofrecer productos de calidad en un entorno competitivo. Uno de los temas principales a 

resolver en este tipo de industria es la planificación y gestión de la producción: 

asignación de tareas a máquinas, diseño del layout de la planta, sistemas flexibles que 

fabriquen diversos productos, políticas de planificación cercanas a la optimización, etc. 

En cuanto a la industria de procesos (continuous manufacturing), existen fábricas de 

productos de naturaleza más o menos continua, como la industria petroquímica, 

cementera, de la alimentación, farmacéutica, etc. Dentro del proceso de fabricación de 

estas industrias, se investiga en nuevas tecnologías, para la obtención de nuevos 

catalizadores, bioprocesos, membranas para la separación de productos, 

microrreactores, etc. En este tipo de industria, destacan la aplicación de algoritmos de 

control avanzado, - como, por ejemplo, el control predictivo -, o la formación experta de 

operarios de salas de control mediante simuladores. Respecto a las necesidades de 

automatización, la industria de procesos tiene un nivel consolidado en cuanto a salas de 

control con sistemas de control distribuido (DCS), y el uso de autómatas programables 

para tareas secuenciales o para configurar sistemas redundantes seguros ante fallos, 

entre otros elementos. 

I.- Automatización

Dpto. de Ingenieria Electrónica, de Sistemas Informáticos y Automática Universidad de Huelva

INTRODUCCIÓN

El tema de automatización nos dará una visión muchísimo más amplia de lo que puede ayudar esto a una empresa ya que se va a dar en la misma un proceso de mecanización de las actividades industriales, para reducir la mano de obra, simplificar el trabajo, para que así se de propiedad a algunas maquinas de realizar las operaciones de manera automática; por lo que indica que se va dar un proceso más rápido y eficiente.

Como dijimos anteriormente al darse una mayor eficiencia en el sector de maquinaria, lograra que la empresa industrial disminuya la producción de piezas defectuosas, y por lo tanto aumente una mayor calidad en los productos que se logran mediante la exactitud de las maquinas automatizadas; todo esto ayudara a que la empresa industrial mediante la utilización de inversiones tecnológicas aumente toda su competitividad en un porcentaje considerable con respecto a toda su competencia, y si no se hace, la empresa puede sufrir el riesgo de quedarse rezagado.

Así mismo mostraremos un ejemplo de un cuadro muy interesante donde reflejara todo’ lo mencionado anteriormente y en donde esperamos quede de una manera mucho más clara para entender.

Esperamos que con todo esto y más podamos cumplir con todas las expectativas propuestas antes de investigar este tema y logremos alcanzar el objetivo que es aprender acerca de la automatización.

Inicios de la automatización

La fabricación automatizada surgió de la íntima relación entre fuerzas económicas e innovaciones técnicas como la división del trabajo, la transferencia de energía y la mecanización de las fábricas, y el desarrollo de las máquinas de transferencia y sistemas de realimentación, como se explica a continuación.

 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 su libro Investigación sobre la naturaleza y causas de la riqueza de las naciones (1776). En la fabricación, la división del trabajo permitió incrementar la producción y reducir el nivel de especialización de los obreros.

 La mecanización fue la siguiente etapa necesaria para la evolución hacia la automatización. La simplificación del trabajo también posibilitó el diseño y construcción de máquinas que reproducían los movimientos del trabajador. A medida que evolucionó la tecnología de transferencia de energía, estas máquinas especializadas se motorizaron, aumentando así su eficacia productiva.

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 cambió 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 automatización.

¿Qué es la automatización?

El termino Automatización viene de la palabra griega "auto" y significa la ejecución por medios propios de un proceso, en el que materia, información o energía es cambiado o transformado. Es una amplia variedad de sistemas o procesos; donde se trasfieren tareas de producción a un conjunto de elementos tecnológicos que operan con mínima o sin intervención del ser humano.

Definición de Automatización Industrial

Según varios institutos internacionales

Automatización según Merriam Webster:

La técnica de hacer que un sistema opere automáticamente El estado de ser operado automáticamente Operación automáticamente controlada de un sistema mediante dispositivos mecánicos o electrónicos para observación esfuerzo y decisión.

Automatización según la RAE:

Automatización: Acción y efecto de automatizar.

Automatizar: Aplicar la automática a un proceso, un dispositivo, etc.

Automática: Perteneciente o relativo al autómata.

Autómata: Instrumento o aparato que encierra dentro de sí el mecanismo que le imprime determinados movimientos, información o energía es cambiado o transformado. Es una amplia variedad de sistemas o procesos; donde se trasfieren tareas de producción a un conjunto de elementos tecnológicos que operan con mínima o sin intervención del ser humano.

Definición de Automatización Industrial

Según varios institutos internacionales

Automatización según la Real Academia Española:

Automatización: Acción y efecto de automatizar.

Automatizar: Aplicar la automática a un proceso, un dispositivo, etc.

Automática: Perteneciente o relativo al autómata.

Autómata: Instrumento o aparato que encierra dentro de sí el mecanismo que le imprime determinados movimientos.