Automatización de la Producción

La Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo: guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales, sustituyendo a operadores humanos.

La automatización se ha entendido como una tecnología en la cual se aplican sistemas mecánicos, electrónicos y computarizados, con el fin de operar y controlar la producción de bienes físicos de consumo. Además, involucra una gran variedad de sistemas y procesos que se ejecutan con mínima o ninguna intervención del ser humano.

Clasificación de la Automatización

Se ha clasificado la automatización en tres procesos diferentes de acuerdo a los requerimientos del proceso productivo, los volúmenes de producción y la variedad de productos que se fabrican:

• Automatización fija: Se caracteriza por la secuencia única de operaciones de procesamiento y ensamble.
• Automatización programable o “Batch”: La secuencia de operaciones es controlada por un programa y cambia para diferentes configuraciones del producto.
• Automatización flexible: Donde es posible fabricar productos de diferentes especificaciones sin pérdidas de tiempo atribuibles a los cambios y ajustes de los equipos de proceso entre un producto y otro.

Componentes de un Sistema de Automatización

• Fuentes de energía: Necesarias para ejecutar el proceso y los controles. La principal fuente es la electricidad, la cual es convertida a formas alternas de energía: mecánica, térmica, lumínica, acústica e hidráulica.
• Infraestructura de equipos: Ejecutarán las operaciones de transformación necesaria sobre los materiales para obtener los productos que se requieren.
• Programa de instrucciones: Donde se definen las acciones a desarrollar de acuerdo con el diagrama de flujo del proceso.
• Arquitectura del sistema de control: En este se definen los requerimientos de sensores, instrumentación, controladores lógicos programables (PLC) y sistemas de supervisión, necesarios para ejecutar el proceso.
• Sistema de control: Ejecuta el programa de instrucciones del sistema automático y permite la realización del proceso. Se definen los ciclos de trabajo, en el que para cada uno se establece el mismo número de pasos asociados con los cambios en los parámetros del proceso, sin variaciones de un ciclo a otro. Así, el programa de instrucciones es repetido durante cada ciclo de trabajo sin desviaciones.

Tipos de Controles

Control de Lazo Cerrado

En el control de lazo cerrado o retroalimentación, las variables de salida son comparadas con los parámetros de entrada y alguna diferencia entre los dos es usada para corregir la salida de acuerdo con la entrada. Este sistema de control es el más empleado y está constituido por:

• Parámetros de entrada del sistema (es el valor de referencia o punto fijo para la salida del sistema y este representa el valor de operación que se espera para la salida).
• Proceso a ejecutar.
• Variables de salida.
• Sensores (cuantifican la variable de salida y cierran el circuito).
• Controladores (comparan la salida con la entrada y realizan el ajuste requerido en el proceso, reduciendo la diferencia entre ellas).
• Actuadores (son los dispositivos físicos, hardware, que llevan a cabo las acciones de control).

La Automatización de un Proceso Industrial

Cuando se plantea la posibilidad de automatizar un proceso productivo, se ha observado que uno de los puntos críticos es la clasificación de los productos; por esta razón, se considera que los productos deben agruparse de acuerdo con la similitud en el diseño y requerimientos del proceso de manufactura, excepto las formas especiales, que por su criticidad, implican requisitos muy específicos para su producción.

Pasos Clave en la Automatización

Establecer los Tipos de Productos

La clasificación de productos es fundamental, agrupándolos por similitud en diseño y requisitos de manufactura, con atención especial a formas críticas.

Definir Procesos a Automatizar

Una vez establecidos los tipos de productos y definidos los procesos a automatizar, se puede seleccionar entre las siguientes posibilidades para sistematizar e integrar las operaciones de la planta de producción:

• Sistemas de Manufactura Flexible (Flexible Manufacturing Systems – FMS): Un FMS está constituido por un grupo de estaciones de proceso (especialmente máquinas de control numérico), interconectadas por medio de manipuladores de materiales automatizados y sistemas de almacenamiento, que son controlados por un sistema integrado a un computador. La denominación de FMS es debida a su capacidad para procesar una gran variedad de tipos de piezas simultáneamente, bajo un programa de control numérico en varias estaciones de trabajo.
• Manufactura Integrada por Computadora (Computer Integrated Manufacturing – CIM): La manufactura integrada por computadora (CIM) ayuda a la compañía en la flexibilización, el mejoramiento de la calidad, la reducción de inventarios, optimización de espacios físicos en planta, disminución de tiempos de elaboración e incremento de la productividad, a través de la integración de las funciones de negocio como organización, planeación y control.

Administrar la Información

Una vez seleccionado e implementado el sistema de control de un proceso, surge la necesidad de administrar los datos generados a partir de este, siendo necesaria la aplicación de tecnologías de la información (TI), las cuales permiten crear estructuras de datos de forma ordenada y accesible para su utilización en diferentes niveles de la planta y/o organización.

Tecnologías de Automatización Empleadas en la Industria

A nivel mundial, el empleo de estas tecnologías por la industria se ha clasificado de acuerdo con el nivel de la organización donde se utilizan, bien sea en funciones administrativas, en el diseño integrado de producto y proceso, en la planeación de la producción, o en el control de esta.

Grupo 1: Tecnologías de Administración

Tecnologías que apoyan la integración de los departamentos funcionales de la compañía. Entre estas se encuentran:

• MRP (Material Requirements Planning) – Planeación de Requerimientos de Manufactura
• MRPII (Material Resources Planning) – Planeación de Recursos de Manufactura
• JIT (Just in Time) – Justo a Tiempo
• GT (Group Technology) – Tecnología de Grupo
• AI (Artificial Intelligence) – Inteligencia Artificial
• EDI (Electronic Data Interchange) – Intercambio Electrónico de Datos

Grupo 2: Tecnologías de Diseño, Planeación y Control

Tecnologías que soportan las actividades de la planta para diseño, planeación y control del proceso y de productos. En este grupo están:

• CAD (Computer Aided Design) – Diseño Asistido por Computadora
• CADD (Computer Aided Design and Drafting) – Diseño y Bosquejos Asistidos por Computadora
• CAE (Computer Aided Engineering) – Ingeniería Asistida por Computadora
• CPM (Computerized Process Monitoring) – Monitoreo de Procesos por Computadora
• CAPP (Computer Aided Process Planning) – Planeación de Procesos Asistida por Computadora

Grupo 3: Tecnologías de Producción Directa

Tecnologías basadas en el computador que son directamente empleadas en la planta para la producción, manipulación y transporte de materiales y productos. Aquí se encuentran:

• Robots
• Máquinas de visión artificial
• CNC (Computer Numerical Control) – Máquinas de Control Numérico
• PLC (Programmable Logic Controller) – Controladores Lógicos Programables
• AMH (Automated Material Handling) – Manipulación Automatizada de Materiales
• AGVS (Automated Guided Vehicle Systems) – Sistemas Automatizados de Transporte
• AS/RS (Automated Storage and Retrieval Systems) – Sistemas Automatizados de Almacenamiento y Recuperación

Razones para Automatizar Plantas de Producción

• Flexibilización de los procesos de producción para la elaboración de diferentes productos que den respuesta a las demandas actuales y futuras de la organización.
• Disminución de la manipulación manual y el almacenamiento intermedio de materiales en proceso.
• Mejoramiento y aseguramiento de la calidad y reproducibilidad de productos y posibilidad de verificar el estado del material en proceso; así como confiabilidad en la información administrada.
• Reducción de los niveles de inventario (concepto JIT), disminución de inventarios en proceso.
• Aumento en la velocidad y eficiencia de la transferencia entre etapas del proceso, incrementando la productividad.
• Reducción en los tiempos de limpieza y optimización en el empleo de sistemas de apoyo crítico.
• Mayor seguridad por la eliminación de la contaminación cruzada en los alrededores y protección para el personal.
• Eliminación de contaminación por derrames de producto en el proceso.
• Manejo eficiente de la documentación en planta.
• Integración y control por computador de todos los procesos y operaciones de producción, incluyendo almacenamiento y control ambiental.
• Disminución de los niveles de accidentalidad, por sustitución de personal en tareas de alto riesgo.
• Mejoramiento del nivel de calificación del personal que opera las tecnologías.

Tecnologías de Inteligencia Artificial en Diseño de Productos y Procesos

Las tecnologías de inteligencia artificial (IA) son desarrollos de software cuyo objetivo es incorporar el conocimiento de un dominio particular en un sistema de computador, para llevar a cabo tareas en áreas específicas, generalmente realizadas por humanos altamente entrenados en el tema. Estos sistemas toman la información del experto humano en términos del lenguaje que utiliza y la convierten en variables que pueden ser procesadas computacionalmente. Adicionalmente, son capaces de tomar las mismas decisiones y llegar a los mismos resultados y conclusiones que un experto humano.