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AUTOMATIZACION EN LA MANUFACTURA

Se define la automatización, por lo general, como el proceso de hacer que las maquinas sigan un orden predeterminado de operaciones con poca o ninguna mano de obra, usando equipo y dispositivo especializados que ejecutan y controlan los procesos de manufactura, la automatización, en todo su potencial, se logra usando diversos dispositivos, sensores, actuadores, técnicas y equipo capaces de observar y controlar todos los aspectos del proceso de manufactura, tomar decisiones acerca de los cambios que se deben hacer en la operación y de controlar todos los aspectos de esta.

La automatización es un concepto evolutivo, mas que revolucionario. En las plantas manufactureras se ha implementado bien en las siguientes áreas básicas de actividad:

 Procesos de manufactura. Los operaciones de maquinado, forjado, extrusión en frio, colado y rectificado, son ejemplos características de procesos que se han automatizado extensivamente.

 Manejo de materiales. Los materiales y las piezas en varias etapas de acabado se mueven por la planta mediante equipo controlado por computadora, sin conducción humana.

 Inspección. Las piezas son inspeccionadas automáticamente para comprobar su calidad, precisión dimensional y acabado superficial, sea cuando se fabrican (inspección en procesos) o después de determinadas (inspección posproceso).

 Ensamble. Las piezas individuales fabricadas se arman o ensamblan en forma automática para formar subensamble y, por ultimo el producto.

 Empaque. Los productos se empacan en forma automática.

Evolución de la automatización

Algunos procesos de conformado metálico se inventaron desde 4000 a.C. sin embargo, no fue sino hasta el inicio de la revolución industrial, en la década de 1750, que comenzó a introducirse la automatización en la producción de bienes. Las maquinas herramientas, como tornos revolver, maquinas automáticas de tornillos y equipos automáticos de botellas se desarrollan a finales de la década de 1890 y principios de 1900. En la década de 1920, se desarrollaron las técnicas de producción en masa y las maquinas de transferencia.

Estas maquinas tenían mecanismos automáticos fijos y se diseñaban para fabricar productos específicos. Estos desarrollos se plasmaron mejor en la industria automotriz, que produjo autos en grandes cantidades (producción en masa) a bajo costo.

El gran avance en la automatización comenzó con el control numérico (CN) de las maquinas herramientas a principios de 1950. A partir de este histórico desarrollo se ha avanzado con rapidez en la mayor parte de los aspectos de la manufactura. Estos aspectos implican la introducción de las computadoras en la automatización, el control numérico computarizado (CNC), control adaptable (CA), autómatas industriales y sistemas de manufactura integrados por computadora (MCI), que incluyen el diseño, la ingeniería y la manufactura ayudados por computadoras (CAD, CAE Y CAM).

Objetivos de la automatización:

La automatización tiene los siguientes objetivos principales:

a) Integrar diversos aspectos de las operaciones de manufactura para mejorar la calidad y la uniformidad del producto, minimizar los tiempos de ciclo y esfuerzos y, con ello, reducir los costos de mano de obra.

b) Mejorar la productividad, reduciendo los costos de manufactura a través del mejor control de la producción. Las piezas se cargan, alimentan y descargan de las maquinas con mas eficiencia, las maquinas se usan con mayor eficacia y la producción se organiza con mas eficiencia.

c) Mejorar la calidad empleando procesos más repetibles.

d) Reducir la intervención humana, el aburrimiento y la posibilidad del error humano.

e) Reducir daños a las piezas, causadas por el manejo manual de las partes.

f) Aumentar el nivel de seguridad para el personal, en especial bajo condiciones de trabajo peligrosas.

g) Economizar espacio en la planta manufacturera, arreglando en forma mas eficiencia maquinas, el movimiento de materiales, y el equipo auxiliar.

Aplicaciones de la automatización

Se puede aplicar la automatización a la manufactura de todo tipo de bienes, desde materias primas hasta productos terminados y en todos tipos de producción, desde talleres hasta grandes instalaciones manufactureras. La decisión de automatizar una instalación nueva o existente de producción requiere tener en cuenta los siguientes puntos:

• El tipo de producto manufacturado.

• La cantidad y la velocidad de producción requerida.

• La fase particular de la operación de manufactura que se va a automatizar.

• El nivel de capacitación de la mano de obra disponible.

• Todo problema de confiabilidad y mantenimiento que se pueda relacionar con los sistemas automatizados.

• La economía.

Debido a que la automatización suele implicar altos costos iníciales de equipo, y requiere un conocimiento de los principios de operación y mantenimiento, para tomar la decisión de implementar aun bajos niveles de automatización debe implicar un estudio cuidadoso de las necesidades reales de una organización. No es raro que una empresa comience a implementar la automatización con gran entusiasmo y con grandes metas lejanas, solo para descubrir que las ventajas económicas eran en gran parte una ilusión y no una realidad, y que, en la evaluación final, la automatización no fue económica. En muchos casos es conveniente la automatización selectiva, y no la automatización total de una instalación.

En general, mientras mayor sea el nivel de mano de obra disponible, la necesidad de automatización se reduce, siempre y cuando los costos de mano de obra se justifiquen y haya disponibles los trabajadores suficientes. Por el contrario, si una instalación manufacturera ya esta automatizada, el nivel de capacitación necesario es menor.

Automatización rígida (hard automation)

En la automatización rígida, o automatización de posición fija, se diseñan las maquinas para producir un articulo normalizado, como por ejemplo un monoblock, una válvula, un engrane o un husillo. Aunque el tamaño del producto y los parámetros de procesamiento (como velocidad y profundidad de corte) se pueden cambiar, esas maquinas son especializadas y carecen de flexibilidad. No se pueden modificar en grado apreciable, para procesar productos que tengan distintas formas y dimensiones. Como esas maquinas son de diseño y construcción costosos, para usarlas en forma económica se necesita producir en muy grandes cantidades.

Las maquinas que se usan en aplicaciones de automatización dura se suele construir con el principio modular, o de bloque constructivo. Se llaman en general maquinas de transferencia y consisten en dos partes principales: unidades de producción de cabezal motorizado y mecanismos de transferencia.

Unidades de producción de cabezal motorizado. Consiste en un bastidor o bancada, motores, cajas de engranes y husillos para herramienta, y son autocontenidas. Sus componentes se consiguen en el comercio en diversos tamaños y capacidades normalizados; por su modularidad inherente se pueden reagrupar con facilidad para producir partes diferentes, por lo que tienen cierta adaptabilidad y flexibilidad.

Las maquinas de transferencias formadas por dos o más unidades de cabezal motorizado se pueden arreglar en modelos de línea recta, circular o en U, sobre el piso del taller. El peso y la forma de las piezas influyen sobre el arreglo que se seleccione. Este arreglo también es importante para tener continuidad de las operación en caso que falle una herramienta o una maquina, en una o mas de las unidades. En estas maquinas se incorporan funciones de colchón (“buffer”) de almacenamiento para permitir la operación continua cuando se presenten esos casos.

Mecanismos de transferencia y líneas de transferencia. Los mecanismos de transferencia son para pasar la pieza de una estación a otra en la maquina, o de una a otra maquina, para permitir efectuar varias operaciones sobre la parte. Las piezas se transfieren con diversos métodos: a) rieles sobre los que se empujan o jalan las piezas, comúnmente sobre “pallets”, mediante diversos mecanismos, mesas rotatorias indexadas y transportadoras aéreas.

La transferencia de piezas de una estación a otra se suelen controlar con sensores y otros dispositivos. Las herramientas, en las maquinas de transferencia, se pueden cambiar con facilidad, en portaherramientas con funciones de cambio rápido, y se pueden equipar a esas maquinas con diversos sistemas de medición e inspección. Esos sistemas se usan entre las operaciones, para asegurar que las dimensiones de las piezas producidas en una estación tengan tolerancias aceptables antes de que la parte pase a la siguiente estación. También se usan mucho las maquinas de transferencia en el ensamble automático.

Automatización flexible o programable (soft automation)

En soft automation (flexible o programable) se alcanza mas flexibilidad por el uso de control computarizado de la maquina y de sus funciones, con diversos programas. La automatización flexible es un desarrollo importante, por que la maquina se pueden programar con facilidad y rapidez para que produzca una pieza con forma o dimensiones distintas de las que acaba de producir. Por esta característica, la automatización programable o flexible puede producir piezas con formas complicadas. Entre otros avances de la automatización programable o flexible están el uso extenso de computadoras modernas, que condujo al desarrollo de sistemas flexibles de manufactura o de manufactura flexible, con elevadas eficiencias

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