PIRAMIDE CIM Y HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION

PIRAMIDE CIM Y HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION

Wilmar Daniel Bustos Morales
Ingenieria Electrónica
Universidad de Pamplona
Pamplona, Colombia
wilmardaniel25@gmail.com

1. Introduccion

Cada uno de los productos de los que podemos disponer diariamente tienen cierto nivel de complejidad reflejados en los procesos por los que tienen que pasar para lucir y funcionar de manera correcta. Sin embargo, si estos procesos se llevaran a cabo de manera manual, tanto la eficiencia como la calidad del producto decaería e incluso representaría una desventaja para aquellas personas que trabajan en la fabricación de dichos productos. Para solucionar estas problemáticas se creó la automatización. “La automatización se refiere a una amplia variedad de sistemas y procesos que operan con mínima intervención del ser humano.”. El uso de sistemas que permitan facilitar estas tareas permite dejar a las maquinas las tareas rutinarias y peligrosas, siendo estas ventajas para los trabajadores y usuarios. Un sistema automatizado cuenta con una modelo de organización que le permite abarcar desde los procesos relacionados con la fabricación hasta aquellos de planeación.  

1. Objetivos

Objetivo General

• Exponer los aspectos más importantes del modelo CIM y la historia de la automatización.

Objetivos Específicos

• Enunciar el concepto del modelo CIM, sus objetivos y su estructura
• Identificar el rol de las redes industriales dentro del modelo CIM
• Identificar los buses de campo usados en la pirámide CIM
• Conocer la historia de la automatización industrial y los acontecimientos que contribuyeron a su evolución.

1. Piramide CIM

Debido a las exigencias de los procesos productivos se ha estructurado un modelo  que permita organizar de manera jerárquica los componentes que hacen parte en un proceso de producción orientados a los procesos automatizados. EL modelo de automatización CIM(Computer Integrated Manufacturing), que puede traducirse al español como Manufactura integrada por Computadora es uno de los modelos más difundidos en la actualidad permitiendo una organización de las redes según el propósito para el que se diseñaron y aplicaron.

1. Objetivos de la Piramide CIM

El modelo CIM busca la eficiencia de todos los componentes de la empresa que se relacionan con la producción, este modelo busca cumplir los objetivos que se citan a continuación:

• Aumentar la flexibilidad.
• Mejora la calidad del producto.
• Reducir costos.
• Reducir el tiempo y el número de pasos empleados en la fabricación.
• Aumentar la confiabilidad del sistema.

1. Concepto de la Piramide CIM

Hace referencia a la manufactura automatizada lo cual significa que sus procesos se desarrollan de manera automatizada y computarizadas en todas las etapas que conforman la fabricación de un productos. El modelo CIM se divide en 5 niveles de arquitectura definidos por la National Bureau of Standards(NBS).

[pic 1]

Figura 1.1 Modelo CIM definido por NBS de los estados unidos [1]

Cada nivel de la pirámide CIM cuenta con propiedades distintas y desarrolla procesos propios, en base a esto se define su posición en la jerarquía.La información que se maneja en la piramide se transmite dentro del nivel y también de forma vertical(entre niveles).

1. Niveles de la Piramide CIM

• Nivel de Empresa (nivel 5): En este nivel se definen las políticas  de producción relacionadas con los costes y recursos del mercado.  [1]
• Nivel de Control (Nivel 4): En este nivel se llevan a cabo las planificaciones de los procesos de producción junto a programas  de diseño computarizado que permiten la creación del producto. Este nivel también comprende el control de recursos y materiales usados.  [1]
• Nivel de Control de Célula(nivel 3): En este nivel se lleva  a cabo el control de las máquina. En donde se coordinan las secuencias y tareas específicas, también se gestionan los recursos usados dentro de este nivel. [1]
• Nivel de Control de Máquina (Nivel 2):  Dentro de este nivel se desarrollar e control de operaciones de los dispositivos de fabricación. En este nivel de encuentran los controladores, robots e instrumentos de medición.  [1]
• Nivel de Sensor y Actuador (Nivel 1): En este nivel se encuentran los dispositivos que directamente toman registro del proceso llevado a cabo, tales como sensores y actuadores.  [1]

[pic 2]

Figura .2 caracteristicas de los niveles de la piramide CIM [1]

En la figura. 2  se puede observar la clasificación de los sistemas de comunicación del modelo CIM en donde se puede observar que distintos parámetros son crecientes o decrecientes dentro de la pirámide, por ejemplo, los sensores y actuadores requieren de una respuesta y comunicación casi inmediata, por lo tanto el tiempo de transmisión va a estar dentro de la escala de us(microsegundos) a ms(milisegundos) mientras que en niveles superiores de la pirámide el tiempo de transmisión no es de una alta prioridad, por lo cual está en el rango de minutos y horas.  

En ella también se encuentra la cantidad de datos que se envían por transmisión, usualmente dentro del nivel 1 de la pirámide, que corresponde a el nivel de sensores y actuadores los datos que se manejan son pequeños, esto cambia mientras se asciende por la pirámide.

1. Redes y Buses de Campo

 Cada uno de los niveles que se pueden encontrar en la pirámide CIM cuenta con requerimientos individuales haciendo necesaria la optimización dependiendo del nivel: Existe una jerarquía para las redes industriales que se pueden en dos grupos: redes de información y redes de campo.

Las redes de Campo dominan los primeros tres niveles de la pirámide CIM compuesto por el nivel de sensores y actuadores, el control de máquina y el control de célula. Los últimos dos niveles de la pirámide usan redes de información como son: las redes WAN y LAN. [1]

•      Redes de información: Son redes que se encargan del transporte de datos de volumen considerable, Estos paquetes no se transmiten en una alta frecuencia y poseen un ancho de banda bastante amplio. Lo cual hace que su envío se lleve a cabo de forma rápida independientemente de su tamaño. generalmente en los niveles jerárquicos superiores se manejan tecnologías IP, un ejemplos de estos son las redes WIFI, WiMax  y Ethernet.
•     Redes de Campo: Las redes de campo son aquellas que se encuentran en los niveles inferiores de la pirámide. Estan redes están principalmente diseñadas para manejar el tráfico formado por paquetes pequeños. En estas redes el volumen de datos transmitido es muy alto y a su vez todo se hace dentro de microsegundo o milisegundos. Ejemplos de estas redes son ControlNet, Profibus y DeviceNet.

[pic 3]

Tabla.1 Buses de campo y sus caracteristicas [1]

En la tabla 1. se encuentran algunas redes industriales comerciales junto a sus características más relevantes.

1. Buses

•       P-NET: Es un sistema que usa una conexión RS-485 con una velocidad de 86,8 kbps. Existen tres tipos de dispositivos que se pueden conectar a una red P-NET, los esclavos, maestros y gateways en donde el maestro envía una orden y el dispositivo esclavo envía una respuesta de vuelta. [1]
•      PROFIBUS (Process Field BUS): Profibus es una red de nivel de campo que permite la transmisión y recepción de información de gran volumen entre un controlador que hace el papel de maestro y otros controladores y periféricos esclavos a una alta velocidad. [2]
•       Modbus: De manera similar a los buses anteriores, Modbus se compone de un maestro y varios esclavos, sin embargo, este cuenta con dos mecanismos de intercambio de datos entre la estación activa(maestro) y la estación pasiva (esclavo):

• Pregunta/Respuesta: EL maestro envía preguntas a los dispositivos esclavos y ellos responder con una respuesta a el maestro o dispositivo central.
• Difusión:  La estación activa envia un mensaje a todos los dispositivos pasivos que les indica una orden que deben cumplir. al haber recibido la orden, las estaciones pasivas la llevan a cabo sin necesidad de transmitir una respuesta de vuelta.

•      CAN (Controller Area Network): Es un protocolo creado por Bosch en el año 1985. Es ampliamente usado en la industria, principalmente en la automovilística debido a que las unidades de control, sensores y otros sistemas necesitan un bus de alta velocidad, CAN una velocidad aproximado de hasta 1 Mbps. [1]
•      DeviceNET: Es un protocolo que soporta comunicaciones con la misma funcionalidad y comunicación maestro-esclavo. Funciona a distintas velocidades. 125kbps (500 metros máximo), 250kbps(250 metros máximo), 500 kbps(100 metros máximo). [1]

1. Historia de la automatización

Desde los inicios de la industria se ha buscado mejorar los procesos permitiendo un mayor rendimiento y mejores condiciones de trabajo para los empleados de las empresas. Continuamente hay nuevos descubrimientos e invenciones que permiten esto, y ha sido así desde que los desarrollos electrónicos tuvieron un incremento exponencial. [3]

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