Automatización de sistemas industriales. “Automatización”

[pic 1][pic 2]Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco.[pic 3]

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Automatización de sistemas industriales.

“Automatización”.

        Presentado:

       Ramos Villaseñor Ivan Dalí.

       9RV2.

       Ing. Antonio Cruz Espinosa.

Fecha de entrega: 5-mar-2021.

Introducción.

• Antecedentes.

Desde el advenimiento de la civilización y a traves de siglos de existencia, el ser humano ha intentado reemplazar constantemente el esfuerzo físico y mental por sistemas de control complejos que lo ayuden a la realización de ciertas tareas y actividades que podían resultar repetitivas y tediosas o incluso peligrosas para su realización, construyendo maquinas, que, provistos de alguna forma de fuente de energía, pretendían imitar los movimientos de los seres vivos incluido el ser humano.

Como primeros rasgo de automatización de las que se tiene registro, las primeras máquinas simples tales como la rueda, el plano, la palanca y la polea, entre otras serían las primeras herramientas prehistóricas que ayudarían al ser humano a realizar tareas que serían imposible por esos tiempos, al transformar un esfuerzo físico en otra forma que fuese más manejable para el hombre.

Posteriormente, diferentes culturas antiguas optarían por sustituir el esfuerzo físico de humanos y animales por energías renovables, y comenzarían a construir sus propios autómatas para diferentes fines, ya sean religiosos, científicos, bélicos, con fines de entretenimiento, agrícolas, etc., siendo los más conocidos: las estatuas móviles de Egipto, el reloj de agua (China/Egipto), el despertador de Platón (Grecia), el molino de agua de Filón de Bizancio, el tornillo de Arquímedes, asi como los diferentes inventos de Herón de Alejandría, tales como un dispensador de vino, la aelopila, la turbina de vapor, etc., solo con mencionar algunos.

Hay que recalcar que en el año 300 a.C., las primeras formas de automatización antiguas comenzarían a complementarse o a ser remplazados con mecanismos de relojería y similares, utilizando vapor o resortes como fuente de energía, con el fin de entretener a chicos y a grandes, mientras realizaban acciones simples y repetitivas, ejemplo de ello se encuentran los primeros autómatas que asimilaban la figura humana.

Pasarían varios siglos desde la creación de los primeros autómatas antiguos, hasta llegar a la edad media, el cual supone un paso adelante en la creación de autómatas, ya que en este periodo se desarrollarían varios aparatos mecánicos, entre los que destacan el gallo de Estrasburgo (1352) y las cabezas parlantes.

Durante la era del renacimiento y posteriores, se daría a conocer la revolución científica, con grandes personalidades como Isaac Newton, Copérnico, Kepler, etc., asi como la creación de diversos dispositivos y patentes, que sentarían las bases de todos los dispositivos que conocemos hoy en día, siendo el más reconocido Leonardo Da Vinci, quien a traves de sus obras presentaría diversos artefactos considerados autómatas tales como el león mecánico y el caballero de la armadura, entre otras invenciones que de este artista.

Posteriormente se seguirían creando más autómatas para diferentes fines, que van desde lo religioso hasta lo habitual, para el entretenimiento del público, con fines educativos, etc., hasta que en plena revolución industrial (1750-1850), Joseph Jacquard crearía la primera máquina de tejido, revolucionando la industria textil, para 1817 y 1890 se harían avances importantes en el diseño de máquinas de corte de metal, para minimizar tiempos, dando origen a la automatización de procesos industriales, mismo que iría evolucionando conforme a los años.

No sería hasta 1961 cuando George Devol presentaría el primer robot industrial conocido como UNIMATE, dando origen a la atomización moderna que tenemos en estos días.

Ya en la actualidad el desarrollo e innovación de nuevas tecnologías y la automatización de procesos industriales, se han vuelto un elemento clave en el desarrollo de la industria 4.0, el cual a dado lugar a diversos avances significativos, los cuales han ido beneficiando a diversos sectores e industrias, volviéndolos más eficientes, seguros y competitivos.

Desarrollo.

• ¿Qué es la automatización?

La automatización consiste en el diseño, implementación y aplicación de diversas tecnologías y softwares, con el fin de controlar, corregir y monitorear de manera semiautomática o automatica tareas que pueden considerarse repetitivas, tediosas o imposibles de realizar por la mano del hombre y que ofrecen como resultado el optimizar y mejorar las condiciones de trabajo de una planta industrial, proceso o incluso una infraestructura dada, al mismo tiempo que reduce costos de inversión y mejora la calidad de vida del operario.

• Grados de automatización.

Los grados de automatización hacen referencia al grado de tecnología requerida para realizar ciertas tareas específicas,  existiendo 3 grados principales: verificación, semi-automatización y automatización pura.

Verificación de un proceso: responde a un objetivo de conocimiento técnico y económico de proceso, fungiendo de forma pasiva ya que solo vigila el proceso sin intervenir en este, suministrando información y permitiendo al operario controlar en línea el correcto funcionamiento de los equipos.

Semi-automatizado: en este, el elemento de mando completa algunas funciones, y una vez adquirido la información de proceso, propone al operador las funciones que hay que realizar, ayudándole en la toma de decisiones sin actuar directamente sobre el proceso.

Automatizado 100%: en esta el operador está excluido del control de alguna o todas las funciones del proceso, siendo reducidas a la verificación del mismo, y que únicamente intervendrá en caso de incidentes para asumir el control manual, ayudado eventualmente  por una guía automatica.

• Clasificación de la automatización.

Sistema de automatización fijo: utilizados cuando la producción es de alto volumen, la automatización fija es un conjunto de equipos especiales, los cuales fueron diseñados para agilizar procesos específicos, representando un alto costo de inversión y que su ciclo de vida dependerá del producto que se fabrique, teniendo como ejemplo de ello: líneas de ensamblaje y de transferencia de maquinado.

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Sistemas de automatización programable: empleados en volúmenes de producción relativamente baja y con una diversidad de productos a obtener, la automatización programable es un conjunto de equipos diseñados para poder adaptarse a las configuraciones de los tipos de productos que se fabrican por lote, facilitando el cambio entre estos, pero con el inconveniente de tomar demasiado tiempo para su adaptación, ejemplo de ello sería: robots industriales, CNC’s, PLC’s, relés programables, etc.

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Sistemas de automatización flexible: utilizados en volúmenes de producción media, y siendo una combinación del sistema fijo y programable, la automatización flexible está constituida por un conjunto de diferentes estaciones de trabajo interconectadas entre si y controladas por un ordenador, permitiendo cambiar de equipo de forma automatica y rápida, obteniendo asi diversos productos de diferentes lotes sin necesidad de perder tiempo.

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• Niveles de automatización.

Para poder entender y representar de manera teórico-visual la integración tecnológica que implica el proceso de automatización, se utiliza la herramienta conocida como “pirámide de automatización”, el cual consiste en jerarquizar los 5 niveles tecnológicos que se pueden encontrar en un entorno industrial, asi como las tecnologías que se relacionan entre si dentro de cada nivel, como de los niveles posteriores o anteriores:[pic 11]

1. Nivel de campo u operativo: correspondiente al área de producción (que es el nivel más bajo de la jerarquía), el nivel de campo u operativo tiene como tarea principal el transferir los datos recabados por los sensores y actuadores al siguiente nivel, con el fin de realizar su correspondiente análisis y monitoreo dentro de los procesos y las maquinas disponibles en ese momento.
2. Nivel de control: tal y como su nombre lo indica, en este nivel se encuentran los dispositivos que permitirán controlar y correr en tiempos específicos los diferentes procesos secuenciales dentro de un área de producción, por medio de ordenadores especializados tales como los PLC’s, CNC’s, PID’s, etc., los cuales son programados para realizar una función o estrategia, al mismo tiempo que recogen los datos de los sensores, y generan una red de comunicación (protocolo) con el primer nivel.
3. Nivel de supervisión: también conocidos como nivel supervisorio o SCADA, este nivel tiene como función principal el crear interfaces intuitivas entre la máquina, el proceso y el operario, con el fin de lograr una alta precisión en los maquinados, a traves de la interacción y supervisión de diversos procesos en tiempo real e histórico.
4. Nivel de planeación: en este nivel son utilizados dispositivos de gestión de manufactura (MES), con el fin de monitorear y eficientar los procesos de manufactura desde su inicio, hasta el envió del producto final, brindando información estratégica, que permite la planificación correcta de la organización, facilitando la toma de decisiones, detectando errores, agilizando los procesos, reduciendo tiempos y por ende, decrementando los costos de producción.
5. Nivel de gestión: este nivel permite a compañías y negocios monitorear los niveles de sus procesos de manufactura, ventas, compras y demás aspectos relacionados a la producción, utilizando tecnologías o sistemas de gestión de empresas llamados ERP, los cuales brindan información estratégica en tiempo real de las áreas operativas y administrativas, con el fin de controlar los recursos empresariales para una mejor planificación y distribución de estos.

• Aplicaciones.

El desarrollo e innovación de nuevas tecnologías y la automatización de procesos industriales, se han vuelto un elemento clave en el desarrollo de la industria 4.0 a través de este último siglo, dando lugar a diversos avances significativos, los cuales han ido beneficiando a diversos sectores e industrias, volviéndolos más eficientes, seguros y competitivos.

Es importante destacar que la automatización es una disciplina que va más allá del funcionamiento en un sistema de control, encontrándose también en sistemas de transmisión, recolección y gestión de datos, asi como en la supervisión, gestión de procesos y servicios o instrumentación industrial a traves de softwares en tiempo real.

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