suficiencia gonzalo

Automatizacin de una planta industrial

Gonzalo Lorenzo Lled Director: Fernando Torres Medina

Doctorado Interuniversitario en Automtica y RobticaDepartamento de Fsica, Ingeniera de Sistemas y Teora de la Seal

ndice0.-Introduccin 0.1.-Objetivos generales 0.2.-Estructura del proyecto I. Parte de Docencia (2005-2006) 1.- Visin por Computador: Color 2.- Control Sensorial de Robots 3.-Manipulacin Inteligente y Aplicaciones de la Robtica 4.-Metodologas en Investigacin Cientfica y Tecnolgica 5.- Robtica Cooperativa 6.- Robtica Inteligente 7.- Anlisis y Reconocimiento de Patrones II.- Periodo de Investigacin (2006-2007) 1.- Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial 1.1-Automatizacin Industrial 1.2.- Tipos de Automatizacin 1.3.- Tecnologas de Automatizacin 1.3.1.-Definicin de un proceso de produccin 1.3.2.- Sistemas de Manufactura Flexible 1.3.2.1.- Celdas de Trabajo 1.3.2.2.- Lneas de Ensamblaje 1.3.3-Tipos de Tecnologas de Automatizacin 1.3.3.1.- CAD 1.3.3.2.- CAM 1.3.3.3.- CAE 1.3.3.4.- CIM-CEM 1.3.3.5.-PLC 1.3.3.6.-Control Numrico 1.3.4.-Metodologas para transporte automatizado de material. 1.3.4.1.- Sistemas de Almacenamiento 1.3.4.2.- Sistemas de Guiado Automtico 1 1 1 3 5 6 7 8 9 11 12 13 15 15 19 21 21 26 29 35 39 39 42 44 46 53 55 59 59 63

1.4.- Conceptos econmicos de la automatizacin 1.4.1.- Just in Time 1.4.2.- MRP 1.4.3.- ERP 1.4.4.- Job Shop Scheduling 1.4.5.- Work in process 1.5.- Nuevas tendencias. 1.5.1.- Redes de Petri 1.5.2.- Inteligencia Artificial 1.5.3.- Sistemas multiagente de Decisin 1.6.- Conclusiones 2.- Automatizacin de una planta industrial genrica 2.1.- Sensores 2.2.-Actuadores 2.3.- PLCS 2.3.1.- Futuras tendencias 2.4-Redes industriales 2.4.1.-Buses de Campo 2.4.1.1- Redes ASI 2.4.1.2.- Profibus 2.4.1.3.-Device Net, 2.4.1.4.-Compobus 2.4.2.-Buses orientados a dispositivos 2.4.2.1.-CAN BUS 2.4.2.2.-LONWorks 2.4.3.- Futuras Tendencias 2.5- Monitorizacin de sistemas/Scada 2.6.- Controladores Industriales 2.6.1.- Teora clsica de Control 2.6.2.- Teora Moderna de Control 2.6.3.- Futura Tendencias 2.7.- Conclusiones

68 68 72 73 78 81 81 82 85 89 91 93 94 98 99 104 105 106 107 108 113 117 117 118 120 124 127 136 136 141 144 146

3.- Particularizacin de automatizacin de una planta industrial 3.1.- Elementos de almacenamiento. 3.1.1.- Cintas transportadoras 3.1.2.- Tolvas 3.1.3- Aplicacin en el sistema 3.2.- Elementos de Control 3.2.1- Sistemas de PLCS 3.2.2.- Pantallas Tctiles 3.2.3.- Controladores de Peso 3.2.4.- Aplicacin al sistema 3.3.- Robots manipuladores 3.3.1.- Definicin y clasificacin de los distintos robots 3.3.2.- Sistemas de Manipulacin 3.4.- Hornos de pizza 3.4.1.- Generalidades de los hornos industriales 3.4.2.- Seleccin de hornos de pizza 3.5.- Conclusiones 4.- Diversas soluciones aplicables al sistema 4.1.-Metodologa aplicada 4.2-Esquema 1 4.3-Esquema 2 4.4.-Esquema 3 4.5.-Esquema 4 4.6.-Conclusiones 5.- Conclusiones y prospectivas de futuro III-Anexos 1.-Paginas web consultadas 2.- Anlisis econmico de las distintas soluciones aplicables 2.1- Resumen econmico del esquema 2 2.2- Resumen econmico del esquema 3 2.3-.Resumen econmico del esquema 4 2.4.-Presupuestos seleccionados IV-Bibliografa

149 149 149 155 156 158 158 160 163 165 170 170 174 181 181 183 185 189 189 192 194 196 197 199 205 209 211 219 219 220 222 225 229

ndice figuras

Figura 1: Controlador de Mquina de Vapor Figura 2: Proceso de Manufactura Figura 3: Ventajas de la incorporacin de la tecnologa FMS Figura 4: Flujo de informacin en una celda de trabajo. Figura 5: Empresa sin esquema CIM Figura 6: Esquema Planta/PLC Figura 7: Sistema de almacenamiento Automatizado AS/RS Figura 8: Esquema Just in time extrado de www.monografas.com Figura 9: Esquema de control con regulador inteligente Figura 10: Esquema de una controlador inteligente Figura 11: Componentes de un sensor Figura 12: Otra clasificacin de los actuadores Figura 13: Comparativa de las tecnologas PLC frente a las PAC. Figura 14: Bits enviados por el maestro. Figura 15: Bits enviados por el esclavo. Figura 16: Esquema de una red industrial genrica. Figura 17. Red DeviceNet para empresa de madera Figuro 18: Boceto de sistema de gestion de fuel en un avin Figura 19: Esquema de control remoto va Internet Figura 20: Conexin PLC-Planta Figura 21: Conexin SCADA-PLC Figura 22: Conexin SCADA-Sistema de Control Figura 23: Esquema clsico de sistema continuo Figura 24: Esquema de un sistema discreto Figura 25: Primer Esquema de control PID-Industrial Figura 26: Control Multinudo para controlador PID-Industrial Figura 27: Controlador PID-Autnomo Figura 28: Planos de una planta industrial real. Figura 29: Modelos de pantallas tctiles extrada de www.interempresas.net

16 24 27 31 48 55 62 71 85 87 97 99 104 108 108 109 115 120 127 129 130 131 136 137 139 140 145 157 162

Figura 30: Diversos modelos de controladores de peso Figura 31: Esquema elctrico de PLCs Figura 32. Posible esquema de entradas y salidas para esquema PLC Figura 33 Diseo de una red industrial Figura 34: Distintos robots manipuladores Figura 35: Pinza de agarre para lasaa Figura 36: Proceso de recogida de pasta Figura 37: Manipulador de pescado Figura 38: Diseo de una planta industrial Figura 39: Esquema 2 Figura 40: Proceso de produccin de pizza en planta industrial Figura 41: Otro proceso de produccin de pizza en lnea industrial Figura 42: Presupuesto nmero 1 Figura 43: Presupuesto nmero 2 Figura 44: Presupuesto nmero 3 Figura 45: Presupuesto nmero 4 Figura 46: Presupuesto nmero 5 Figura 47: Presupuesto nmero 6 Figura 48 Presupuesto nmero 7 Figura 49: Presupuesto nmero 8

164 166 168 170 173 179 180 187 193 194 215 216 219 220 221 221 223 223 224 225

Prlogo

El presente documento es la memoria de investigacin realizada dentro del Programa de Doctorado interuniversitario en Automtica y Robtica ubicada en la lnea de investigacin del grupo Aurova del departamento de Fsica, Ingeniera de Sistemas y Teora de la Seal de la Universidad de Alicante.

Mi constante inters por un tema tan novedoso como a la vez puntero como la automatizacin inteligente fue la motivacin que impulso mi decisin en la eleccin de dicho campo de estudio. A travs de todo el tiempo que he dedicado a trabajar y reflexionar sobre todos los aspectos de esta memoria, me han dado la oportunidad no solo de conocer y profundizar en este campo sino tambin creer en las posibilidades de seguir avanzando en esta direccin y aprovechando las diversas ramas y campos de estudio dentro de la Automatizacin.

Agradecimientos

En primer lugar, mi mayor sincero agradecimiento al profesor Fernando Torres Medina, por haberme confiado en m para la realizacin de este proyecto. Su asesoramiento, colaboracin y completa disponibilidad han sido claves en la elaboracin de este trabajo. A continuacin mencionar mi gratitud al apoyo dado por mis padres (Asuncin y Paco) y mi hermano Alejandro y haciendo una mencin especial a mi madre Asuncin Lled Carreres por las constantes ayudas constructivas realizadas durante la elaboracin de esta memoria y gracias por la ayuda desinteresada y el gran apoyo que me has prestado en el tramo final Me has dado ese nimo extra que necesitaba. Gracias por estar ah siempre durante todo este tiempo. Quisiera dar las gracias a mi amigo Fernando Coloma que junto con mi madre fueron las personas que me convencieron para iniciar la fascinante aventura de avanzar en el conocimiento. Les voy a estar siempre muy agradecido por la ayuda que me prestaron al tomar esta decisin Quiero mostrar mi gratitud ante la amistad y la bondad mostrada por todos los profesores del grupo Aurova (Jorge Pomares, Pablo Gil, Paco Candelas, Santiago Puente, Laura Paya). Tampoco puedo olvidar a esa gente que ha estado diariamente han estado conmigo en ese magnifico grupo de trabajo que formamos toda la gente del laboratorio (Gabriel, Juan Antonio, Carlos Jara, Carolina, Manolo, Maria). Todos ellos han me han aportado muchas cosas como persona durante este tiempo que estoy con ellos. Les doy las gracias por hacerme mejor da a da. Estas ltimas lneas las quiero reservar para una de las personas ms importantes mi mejor amiga Andrea Gil Fernndez, gracias por darme el cario y comprensin que has manifestado siempre durante la realizacin de esta memoria.

A todos vosotros mi ms sincero agradecimiento.

Parte 0 Introduccin

Introduccin

0.1.- Objetivos generalesEsta memoria de investigacin esta integrado dentro de la asignatura AUTOMTICA

INTELIGENTE del segundo curso del doctorado interuniversitario en Automtica y Robtica. Los objetivos marcados en esta memoria son:

Automatizacin de una planta industrial Disear esquemas de automatizacin lo mas rentables posibles Aplicar todos los conceptos obtenidos en los estudios de automatizacin Facilitar el control de sistema con mltiples variables Automatizar el proceso de produccin de una pizza.

0.2.- Estructura del proyectoEl bloque 0 trata cuales son los objetivos del estudio y la estructura de la memoria.

El bloque 1, realiza una recopilacin de todas las asignaturas realizadas durante el primer ao de doctorado.

El bloque 2 es el ms extenso y esta dividido en seis captulos que abordan el periodo de investigacin.

El primer captulo analiza las distintas lneas de investigacin dentro del campo de la automatizacin.

El segundo captulo profundiza en el conocimiento de los elementos necesarios para automatizar una planta industrial.

El tercer captulo esta enfocado a una aplicacin prctica, automatizacin para una planta de produccin de pizzas.

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Automatizacin de una Planta Industrial

El cuarto captulo plantea diversas soluciones aplicables al sistema.

El ltimo captulo recoge las conclusiones y trabajos futuros.

El bloque 3 corresponde a los anexos. Los anexos estn divididos en 3 captulos:

El primer captulo es una recopilacin de diferentes pginas webs. Estas pginas nos han servido para analizar los procesos de produccin de pizzas y los diferentes componentes que intervienen.

El segundo captulo de este anexo profundiza en un anlisis econmico de los esquemas planteados en el bloque 2 captulo 4.

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Parte I Periodo de Docencia (2005-2006)

Periodo de Docencia

1.- Visin por Computador: ColorNombre de la asignatura: Visin por computador Color Impartida por: Francisco Gabriel Ortiz Zamora Calificacin: Sobresaliente

1.1.-Objetivos Concretos

-Dar a conocer espacios de color existentes en la actualidad-Dar a conocer las aplicaciones y mtodos de procesamiento de imgenes digitales en color

1.2.- Contenidos-Espacios de color fundamentales -Espacios de color intuitivos -Procesamiento vectorial de imgenes digitales -Aplicaciones del procesamiento de color

1.3.-EvaluacinRealizacin de la lectura y comprensin del artculo Espacios de color para inspeccin de objetos naturales del autor Andrew Queisser. Se analizo los distintos espacios de color y sus deficiencias. A partir de estas deficiencias se plantea la creacin de un nuevo espacio de color que intentar subsanar esta problemtica. Para que los estudios tengan una mayor fiabilidad se realizaron una serie de experimentos.

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2.- Control Sensorial de RobotsNombre de la asignatura: Control Sensorial de Robots Impartida por: Jorge Pomares Baeza Calificacin: Sobresaliente

2.1.-Objetivos Concretos1.- Determinar los sensores y sistemas de control sensorial adecuados para realizar una tarea en un entorno robotizado. 2.- Disear e implementar un sistema de control visual, aplicando la estrategia de control ms adecuada. 3.- Conocer la problemtica derivada de los sistemas de control de fuerza y aplicarlos a tareas de manipulacin e interaccin del robot con el entorno. 4.- Emplear la arquitectura de fusin sensorial ms adecuada a partir de un determinado problema a resolver. 5.- Ser capaz de comprender y exponer un artculo especializado relacionado con los temas de investigacin tratados durante el curso.

2.2.- Contenidos1. Introduccin al control sensorial 2. Control de robots 3. Control visual 4. Control de fuerza 5. Control multisensorial 6. Fusin sensorial

2.3.-EvaluacinSe realiz un anlisis y exposicin sobre el estado del arte del control de fuerza. Para ello analiza el control de fuerza para un mecanismo muy simple de 2 grados de libertad. Observa las posibles restricciones que pueda plantear el modelo e intenta realizar una generalizacin para n-grados de libertad.

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Periodo de Docencia

3.-Manipulacin Inteligente y Aplicaciones de la RobticaNombre de la asignatura: Manipulacin Inteligente y Aplicaciones de la Robtica Impartida por: Santiago T. Puente Mndez Calificacin: Sobresaliente

3.1.-Objetivos Concretos1.- Conocer los mtodos de manipulacin inteligente. 2.- Distinguir las ventajas de los distintos mtodos de manipulacin. 3.- Conocer las caractersticas de los mtodos de manipulacin basados en el contacto. 3.- Conocer las aplicaciones actuales de la robtica. 4.- Asimilar y exponer un trabajo de investigacin presentado en una revista o congreso.

3.2.- Contenidos1. Introduccin y presentacin. 2. Mtodos de manipulacin inteligente. 3. Manipulacin inteligente mediante sensores de contacto. 4. Aplicaciones actuales de la robtica.

3.3.-EvaluacinExposicin y profundizacin en el artculo Reconstructing shape frrom Motion using Tactile sensors de los autores Mark Moll, Michael A. Erdmann. En el se abordan en una primera parte los distintos mtodos de reconstruccin de objetos en movimiento y se plantea como trabajos futuros la reconstruccin para objetos parados. Esta actividad presenta una gran dificultad.

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4.-Metodologas en Investigacin Cientfica y TecnolgicaNombre de la asignatura: Metodologas en Investigacin Cientfica y Tecnolgica Impartida por: Fernando Torres Medina Calificacin: Sobresaliente

4.1.-Objetivos Concretos-Dar a conocer los sistemas de informacin y bsqueda bibliogrfica ms extendidos -Dar a conocer las formas de escribir y presentar textos de tipo cientfico

4.2.- Contenidos-Introduccin -Formas de acceder a bases de datos -Formas de seleccionar bases de datos -Formas de presentar documentos escritos de tipo cientfico -Formas de presentar oralmente trabajos cientficos

4.3.-EvaluacinRealizacin del estado del arte de una temtica seleccionada por el doctorando. En este caso se realizo sobre control de fuerza adaptativo. Para su elaboracin se emplearon todas las bases de datos estudiadas en la asignatura.

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Periodo de Docencia

5.- Robtica CooperativaNombre de la asignatura: Control Sensorial de Robots Impartida por: Oscar Reinoso Garca, Ramn P. eco Garca Calificacin: Notable

5.1.-Objetivos Concretos-Evaluar diferentes alternativas para el desarrollo de tareas mediante robots cooperativos -Reconocer los problemas inherentes a al robtica cooperativa -Presentar ejemplos de desarrollos de robots mviles en tareas cooperativas

5.2.- ContenidosTema 1: Robots cooperativos - Introduccin - Objetivos - Posibilidades de empleo Tema 2: Movimientos en robtica mvil - Cinemtica de los robots mviles Tema 3: Seguimiento y mantenimiento de formaciones - Seguimiento del lder - Mantenimiento grupal - Control basado en comportamientos - Campos de potencial

Tema 4: Box-Pushing - Transporte cooperativo - Arquitecturas de control - Manipulacin cooperativa

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Automatizacin de una Planta Industrial Tema 5: Localizacin cooperativa - Sistemas de visin - Sistemas sonar - Fusin sensorial

5.3.-EvaluacinEl trabajo realizado en esta asignatura se centro en el artculo Motion Planning of multiple mobile robots for cooperative manipulation and Transportation Asushi de los autores Atsushi Yamashita, Tamio Arai, Jun Ota, Hajime Asama IEEE Transactions on robotics and automation,vol 19,n.2, April 2003. La investigacin presentada en este artculo lleva a cabo estudios sobre tcticas de aprendizaje en robots moviles, adems de implementer una serie de planificadores para que los robots puedan tener una cierta inteligencia.

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Periodo de Docencia

6.- Robtica InteligenteNombre de la asignatura: Robtica Inteligente Impartida por: Ramn P. eco Garca Calificacin: Sobresaliente

6.1.-Objetivos Concretos-Estudiar los aspectos de aplicacin en ingeniera de la IA en los tres paradigmas: jerrquico, reactivo y activo/reactivo. -Tcnicas multiagente, navegacin y planificacin de caminos para robots mviles. -Estudio de tcnicas de integracin sensorial en Robtica.

6.2.- Contenidos1. Introduccin a la IA y Robtica 2. El paradigma jerrquico. Arquitecturas de representacin 3. El paradigma reactivo. Fundamentos y diseo 4. Paradigma hbrido 5. Planificacin y localizacin en Robtica Mvil 6. Interfaces avanzados: procesamiento del lenguaje natural 7. Tcnicas de Control Inteligente en Robtica

6.3.-EvaluacinAnalisis y ampliacin de los apuntes tomados en clase ademas de la comprensin del artculo Reinforcement learning in the multi-robot domain. Maja J. Mataric, AutonomousRobotics. 4(1):73:83; March 1997. Este autor analiza las tcnicas ms importantes de aprendizaje por refuerzo en robots mviles.

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7.- Anlisis y Reconocimiento de PatronesNombre de la asignatura: Anlisis y Reconocimiento de Patrones Impartida por: Mara Asuncin Vicente Ripoll Calificacin: Sobresaliente

7.1-Objetivos Concretos

-Adquisicin de conocimientos tericos sobre anlisis y reconocimiento de patrones- Estudio terico prctico de los clasificadores -Desarrollo de aplicaciones de visin artificial utilizando tcnicas de reconocimiento de patrones -Manejo de tcnicas de extraccin y seleccin de caractersticas y determinacin de la aplicabilidad segn los entornos.

7.2-Contenidos-Estructura de un sistema de reconocimiento de patrones -Teora de la decisin Bayesiana -Tcnicas de extraccin y seleccin de caractersticas -Mtodos de extraccin supervisado y no supervisado ( PCA) -Mtodos de seleccin de caractersticas -Introduccin a los clasificadores -Clasificadores paramtricos -Clasificadores no paramtricos -Aplicaciones en visin artificial

7.3-EvaluacinAplicacin del mtodo de PCA para reconocimiento de imgenes a partir de fotos tomadas a distintos componentes de la clase. Se realizo varas prcticas sobre el este tema con su informe.

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Parte II Periodo de Investigacin (2006-2007)

Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial

1.- Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrialEste primer captulo realiza un anlisis de todas las tcnicas bsicas que definen las teoras de automatizacin. El captulo comienza realizando una revisin sobre las distintas definiciones de automatizacin y tipos. Posteriormente se profundiza en el funcionamiento del sistema productivo y todo el conjunto de metodologas necesarias para mejorar el proceso de produccin.

1.1.- Automatizacin IndustrialEste apartado realiza un breve recorrido sobre la historia de la automatizacin y cuales son las distintas definiciones que existen.

Con el objetivo de definir el concepto de automatizacin [DiFrank-2007] realiza una breve resea histrica sobre indicios referentes a sistema automatizados. El pionero en la creacin de sistemas automticos fue Ktesibios de Alejandra, que vivi en el 300 AC. Su invento consista en un regulador de flotador que tena como objetivo controlar la entrada del agua a un reloj de agua mediante una vlvula de enchufe conectada a un flotador de madera en un tanque. Una gota en el nivel del agua en el tanque producira que el flotador se cayera, abriendo la vlvula para dejar entrar ms agua y mantener el nivel de agua en el tanque.

Posteriormente los antiguos egipcios unieron brazos mecnicos a las estatuas de los dioses. Los sacerdotes eran los encargados mediante la gracia divina de inspirar movimientos a las mquinas. No fue hasta los siglos XVII y XVII cuando surgen los primeros muecos mecnicos que presentan unas caractersticas muy similares a los robots actuales.

La revolucin industrial produjo la aparicin de nuevas creaciones mecnicas dentro del campo de la industria. .[DiFrank-2007] indico que el mayor avance en la automatizacin de la poca fue la aparicin de los motores de vapor inventados por James Watt.

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Posteriormente surge el controlador flyball que fue pionero de su poca en la temtica de control de fuerza.

Este dispositivo esta constituido por dos bolas metlicas montadas sobre dos brazos de palanca que estn conectados al eje de salida rotativo del motor. Las bolas metlicas giran a ritmos muy elevados, provocando que la fuerza centrfuga les empuje hacia fuera. Este movimiento sera transferido a los brazos de palanca que al mismo tiempo activan a la vlvula de control. Esta vlvula evita el flujo de vapor alrededor del pistn, reduciendo la velocidad del motor. A continuacin se puede observar un esquema-resumen explicativo.

Figura 1: Controlador de Mquina de Vapor

Despus de analizar brevemente cuales han sido los sistemas automatizados ms importantes a lo largo del tiempo. Vamos a profundizar sobre las distintas formas de definir automatizacin. Como punto de partida se puede definir automatizacin como un conjunto de tcnicas asociadas con la aplicacin de sistemas de tipo mecnico/electrnico y basado en ordenadores, cuyo objetivo es la operacin y control de la produccin. Las primeras

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definiciones de automatizacin fuero expuestas por [Parasuraman et al -1997] este autor define la automatizacin como la reasignacin de una actividad realizar por el humano a una mquina.

Posteriormente [Parasuraman et al -2000] definen de forma ms completa el concepto de automatizacin mediante tres rasgos bsicos.

Control automtico de la fabricacin de un producto producido en un nmero de etapas sucesivas.

El uso del control automtico a cualquier rama de la ciencia o su aplicacin en la industria.

El tercer rasgo caracterstico es el resumen de las dos anteriores; y consiste en el empleo de dispositivos electrnicos o mecnicos para sustituir trabajo humano.

En recientes investigaciones [DiFrank-2007]

define la automatizacin como

operaciones automticas realizadas por un aparato, proceso o sistema que estn controladas por aparatos mecnicos o electrnicos que actan como los rganos del ser humando de olfato, vista.

Tomando como referencia las definiciones de automatizacin planteadas existe una seria de ventajas e inconvenientes que influyen en su implantacin. Las primeras investigaciones que exponen este conjunto de ventajas son de [Dale, W-1988].

Aumento de la productividad y consistencia en los productos [Stone, et al-1996] La automatizacin genera una estabilidad y robustez en el sistema. Las tecnologas de automatizacin no presentan fallos. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, incrementando la seguridad Realizar las operaciones imposibles fsicamente para el operador humano

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Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo generar las cantidades necesarias en el momento preciso. Integrar la gestin y produccin.

En contraposicin a las teoras [Dale,W-1988] , [Thurman, et al-1997] expone una serie de desventajas sobre la implantacin de la automatizacin en una industria.

La automatizacin es un nivel intermedio de inteligencia, con la suficiente potencia para poder llevar a cabo actividades realizadas por el humano. Este sistema no est capacitado para interactuar con todas las variantes del entorno.

El software de automatizacin solo responde a situaciones previamente establecidas en el diseo. Los sistemas automticos presentan varios grados de fragilidad en funcin de la actividad que realizan

La automatizacin es una herramienta englobada dentro del campo de la productividad, que lleva asociada unos costes Estos costes son muy importantes ya que conllevan la contratacin de un personal cualificado que sea capaz de trabajar con las nuevas mquinas.

La falta de claridad es un factor determinante para desaconsejar la automatizacin. En muchas ocasiones resulta muy difcil para el operador diferenciar que procesos actan correctamente y cuales no, y en caso de producirse un fallo como actuar.

La aparicin de las islas de automatizacin. Estas islas consisten en la unin de sistemas independientes y parcialmente automatizados para actuar como un solo sistema. La unin de los sistemas la realiza el operador.

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1.2.- Tipos de AutomatizacinA partir de la definicin de automatizacin planteada en el apartado anterior, surgieron distintas investigaciones sobre los tipos de automatizacin que existen. Los

primeros autores en exponer sus resultados fueron [Nitzan, et al-1976]. Para estos autores existen los siguientes tipos de automatizacin.

Automatizacin fija: Consiste en una fabricacin continua del mismo producto en grandes cantidades.

Automatizacin fija o programable: Realiza la fabricacin de pocos productos en pequeas cantidades y costes bajos, permitiendo una fcil programacin y la realizacin de diferentes tareas. Est dotada de una gran flexibilidad que da lugar a una gran cantidad de informacin que es manejada por el ordenador.

Posteriormente las investigaciones de [Mirchandani, et al-1988] profundizan en el estudio de un nuevo tipo de automatizacin (la automatizacin flexible), partiendo de las teoras de [Nitzan, et al-1976].

[Mirchandani, et al-1988] afirman que la base de la automatizacin flexible es la flexibilidad de la maquinaria. Esta flexibilidad esta condicionada a una planificacin de la produccin. La planificacin consiste en una secuencia de decisiones donde se ven involucrados varios procesos, entre los cuales destacan: secuencia de trabajo de cada mquina, la rutina de los trabajos etc.

En recientes investigaciones [Mandado.E-2005] amplanan los estudios planteados por [Mirchandani, et al-1988] [Nitzan, et al-1976], definiendo cuatro tipos de automatizacin en funcin del control del proceso de fabricacin:

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Automatizacin fija. Las restricciones que presentan los equipos de fabricacin van a condicionar la secuencia de produccin. Este tipo de automatizacin presenta las siguientes caractersticas

o Esta constituida por una secuencia sencilla de operaciones o Requiere una gran inversin debido a la demanda de equipos muy especializados o Posee unos elevados ritmos de produccin o No se adapta a variaciones de la demanda.

Automatizacin programable. Se aplica en sistemas de fabricacin donde el equipo de produccin esta diseado para realizar cambios en la secuencia de operaciones segn los diferentes productos. Es adecuada para la fabricacin por lotes y no permite realizar cambios en la configuracin de los productos. A continuacin indicamos una serie de caractersticas que completan la definicin.

o Existencia de un periodo previo para la fabricacin de los distintos lotes. o Para realizar lotes de productos distintos, se introducen cambios en el programa y en la disposicin fsica de los elementos. o Se realiza una gran inversin en equipos de aplicacin general como por ejemplo las mquinas de control numrico. o Un ejemplo de este tipo de automatizacin son los plc (Controladores lgicos programables) y los robots.

Automatizacin flexible. Surge con el objetivo de subsanar algunas de las deficiencias presentadas por la automatizacin programable. Esta capacitada para producir cambios en los programas y en la relacin existente entre los elementos del sistema de fabricacin. Un ejemplo de automatizacin flexible son las mquinas de control numrico

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Automatizacin integrada. Su objetivo es la integracin dentro del sistema productivo de los distintos tipos de automatizacin. Presenta las siguientes caractersticas

o Se reduce el tamao de los lotes o Existe una mayor diversificacin del producto en muchos casos superior a la automatizacin flexible. o Permite agilizar los plazos de entrega del producto. o Su implantacin esta justificada en procesos de produccin discretos y en continuos. Por ejemplo tiene una gran implantacin en industrias qumicas.

1.3.- Tecnologas de AutomatizacinTeniendo como referencia los conceptos bsicos de la automatizacin analizados en el apartado 1.1. se pretende abordar la fundamentacin terica de las distintas metodologas que permitan la automatizacin de un proceso de produccin. A continuacin en el siguiente apartado de este captulo se revisan las fases que componen un sistema de produccin y las metodologas que se podran aplicar para automatizar dichos procesos.

1.3.1.- Definicin de un proceso de produccinRealizando revisiones sobre las distintas definiciones sobre el concepto de un proceso de produccin nos centramos para la aplicacin del diseo del sistema de produccin en la concepcin ofrecida por la OTA (Oficina Americana de Tecnologa, 1984) que realiza una primera aproximacin sobre el proceso de manufactura. Desde la perspectiva de la OTA, todo proceso de produccin comienza en el momento en que el departamento de gestin decide realizar un nuevo producto, partiendo de la informacin disponible del Staff de marketing. Desde este departamento se envan las especificaciones del tamao, forma, funcin y diseo de ejecucin al departamento de ingeniera y desde ste se va a desarrollar la planificacin para el producto, teniendo en cuenta la maquinaria y los materiales que son necesarios.

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Automatizacin de una Planta Industrial Durante este proceso de diseo y planificacin del producto hay que tener en cuenta la toma de decisiones en cuanto a la eleccin de materiales a utilizar y la maquinaria. Sin embargo en situaciones de produccin con menor cantidad de productos no existen tales elecciones y disminuyen la complejidad del sistema. Como sntesis de esta primera fase del sistema de produccin nos ratificamos que su funcin est orientada al diseo de un modelo de producto a partir de las necesidades del mercado.

En la siguiente fase propuesta por la OTA, denominada fase de produccin se centra en la eleccin de las maquinarias necesarias para producir las piezas segn los procesos definidos en la fase de diseo. En esta fase de produccin se subdivide en tres subprocesos que a continuacin detallamos:

Manipulacin del material. Cada uno de los procesos que se van a realizar exigen unos materiales precisos que deben ser trasladados de una zona a otra de la planta. Por este motivo existen diversas estaciones de trabajo que van a dividir los procesos en distintos subprocesos permitiendo una reduccin de los costes y un aumento de la productividad. A modo de ejemplo se dispone de sistemas de transporte como carretillas y cintas transportadoras.

Fabricacin. En esta fase se realiza la transformacin del material mediante unos mtodos de fabricacin. Los procesos mas conocidos son extrusin, moldeado, torneado, fresado etc. La seleccin de cualquiera de estos mtodos depende del tamao y la forma de la pieza. Como ejemplo, para producir piezas cilndricas se utiliza el proceso de torneado. En estos procesos de fabricacin el tiempo de realizacin de las piezas juega un papel muy importante y dependiendo de su complejidad las piezas se producirn en mayor o menor tiempo, dando lugar a una mayor eficiencia en el proceso de produccin

Acabado. La produccin de productos implica una fase final de revisin. Los procesos de fabricacin pueden producir imperfecciones en la pieza que deben ser eliminados y para evitar dichas imperfecciones se utilizan tcnicas de control de calidad para aumentar la eficiencia de la lnea de produccin. Otras tcnicas utilizadas para eliminar estas imperfecciones son el pulido de la pieza, su repintado, etc.

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Una vez finalizada la fase de produccin de la pieza corresponde a una nueva fase, denominada postproduccin. En esta fase encontramos momentos claves: el ensamblaje y el control de calidad.

En el ensamblaje se produce la unin de diversas piezas terminadas para producir una nueva entidad superior. Esta fase se considera enlace entre produccin y postproduccin, preparando al producto para superar la siguiente fase del control de calidad.

En el control de calidad se establecen unos estndares para determinar qu productos deben ser enviados al mercado o permanecer en la zona de almacenamiento. El establecimiento de unos ndices de calidad altos dota al sistema de una mayor productividad y eficiencia.

Segn la conceptualizacin de calidad existen dos corrientes a la hora de implementar la calidad en una fase de la produccin o en otra. Algunos autores plantean la posibilidad de que el control de calidad se realice durante el proceso de fabricacin. Mientras que otros, consideran que el control de calidad debe realizarse despus de terminar la fase de ensamblaje.

Una vez explicado y revisado el funcionamiento de un sistema de produccin desde la concepcin de la OTA, presentamos a modo de sntesis en el siguiente grfico, todo el recorrido del producto dentro del sistema de produccin basado en los tres momentos clave: diseo, produccin y postproduccin.

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DISEONecesidades e ideas producto Marketing y gestin Diseo Borrador de diseo detenido Borrador diseo Restricciones diseo Planificacin Proceso

Manufactura/ Ingeniera Anteproyecto

PRODUCCINMateriales Inventario Manipulado de materiales Materiales Fabricacin Pieza desigual Terminado

Fabricacin repetitiva Pieza acabada

Control de Calidad Inspeccin pieza

Ensamblaje

Inventario

Producto acabado

POST PRODUCCIONFigura 2: Proceso de Manufactura

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A continuacin, tomando como referencia las teoras de la OTA sobre sistemas de produccin, realizamos una revisin sobre las diversa dificultades que se plantean en los procesos de manufactura.

Flujo de informacin. Como consecuencia de que las grandes empresas establecen en los procesos de produccin, grupos de trabajo de gran cantidad de gente en los procesos de produccin, puede provocar una gran prdida de informacin en el trnsito de una fase a otra.

Coordinacin. Una de las deficiencias ms relevantes y acusadas en los procesos de produccin es la existencia de falta de coordinacin entre el desarrollo de los distintos procesos de produccin.

Eficiencia. Los procesos manufacturados plantean una gran cantidad de alternativas. Cada alternativa lleva incorporada diferentes tipos de productos y maquinaria Esta diversidad de alternativas produce un desperdicio y mal uso de los materiales y prdida en el tiempo de produccin.

Flexibilidad. Desde el punto de vista econmico, se entiende por flexibilidad el rango de productos y el volumen que puede producir una empresa. El mundo empresarial tan competitivo presenta cada vez ms unos ciclos de vida de los productos ms cortos y un aumento de la demanda de productos realizados a medida. Por estas razones, en muchos casos los sistemas manufacturados pueden presentar ciertas deficiencias ya que no pueden responder ante las variaciones bruscas de la demanda y ciclos de vida de sus productos. Este aspecto se analizar con ms profundidad en el siguiente apartado.

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1.3.2.- Sistemas de Manufactura FlexibleComo consecuencia de la situacin descrita en el apartado anterior, las empresas plantean con urgencia la bsqueda de produccin de productos de calidad y de bajo precio. Esta situacin puede tener efecto rebote, provocando muchas veces un incremento de los precios, y un desabastecimiento de material. La solucin que se plantea en la manufactura de la produccin es la implementacin de nuevas tcnicas. Estas tcnicas que podran permitir mejoran la situacin descrita se entiende como sistemas de manufactura flexible.

En las primeras investigaciones sobre los sistemas de manufactura flexible, autores como [Chen, et al-1991], definen un FMS (Flexible Manufacturing System) como una configuracin controlada por el ordenador, constituida por puestos de trabajo semiindependientes. Esta tcnica lleva incluido un sistema de manejo material diseado para fabricar de forma eficiente entre bajos y altos volmenes ms de un tipo de pieza. Los componentes de un sistema FMS son:

Una Maquina herramienta Estndar de control numrico. Una red de transporte para mover piezas y herramientas entre las mquinas y las estaciones fijas. Un sistema de control que coordina las maquinas herramientas, las piezas de trabajo y las partes mviles de los elementos.

Los autores citados explican en sus investigaciones como es el funcionamiento de un sistema FMS y que a continuacin detallamos:

En la mayor parte de instalaciones FMS, la materia prima entra a la cadena como piezas de trabajo o piezas sin tratar. Estas piezas se almacenan en un palet para posteriormente ser cargadas en una estacin de trabajo y ubicadas en zonas diferentes de las mquinas herramienta. Las piezas y el pallet son transportados mediante el sistema de manejo material al sistema de colas de las mquinas de produccin. El flujo de piezas en el sistema es dirigido directamente mediante el PC, que acta como coordinador del trfico.

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Los sistemas de manufactura flexible aportan una serie de ventajas que permiten solucionar las deficiencias de los sistemas manufacturados planteadas por la TOA. A continuacin mostramos en el siguiente grfico una tabla resumen sobre las ventajas que incorporan los sistemas FMS

Criterio Productividad Sistemas Equipo Labor de direccin Work in process Utilizacin del equipo Tiempo de ventajas de produccin Capacidad de Mantenimiento de la Produccin Flexibilidad Operacional Introduccin a la tecnologa de fase Calidad Medidas Preventivas Evaluacin Medidas Fallos Internos Fallos Externos

Beneficios potenciales por operacin Bajo coste de las piezas Coste ms bajo que en las lneas de transferencia. Amplia la capacidad de la maquinaria Reduccin para un menor coste Menor coste de inventario Reduccin del tiempo de trabajo de la mquina Reducido para mas salidas. Realce de las salidas continuas Mayor cantidad de movimientos para ms salidas Mejor control del capital Reducido para menos y mejorados procesos Reducido para menos costes inversin Reduccin de los costes de revisin Reduccin de costes en garanta etc

Figura 3: Ventajas de la incorporacin de la tecnologa FMS

Con posterioridad a las investigaciones realizadas por [Chen, et al-1991], [Kim, et al2001] plantean una nueva definicin para un proceso de manufactura flexible, aportando nuevos resultados de investigacin. Por consiguiente, desde la perspectiva de stos, se

concibe un FMS como un sistema automatizado de fabricacin formado por mquinas de control numrico capaces de realizar mltiples funciones y un sistema de manipulacin de material automatizado. El control de este sistema es dirigido por un ordenador. Como consecuencia de este planteamiento propuesto por estos autores, se establecen dos tipos de sistemas de manufactura flexible, a diferencia de [Chen, et al-1991], que no conceban dicha divisin.

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Sistemas de movimiento de piezas: En este sistema las operaciones son asignadas a las mquinas y las herramientas necesarias son cargadas en el programa de herramientas, a continuacin las piezas son movidas entre las mquinas. En este paso las planificaciones de las rutas de las piezas son determinadas por la decisin de la asignacin de las operaciones. Una vez la herramienta es cargada en el programa ya no se cambia salvo que se produzca una rotura.

Sistemas de movimiento de herramientas: Las piezas slo son tratadas por una mquina para ser procesadas. Una vez situadas las piezas en la mquina no sufren ningn desplazamiento sino que es la mquina la que se va moviendo con un cierto movimiento relativo con respecto a las piezas. Puede darse el caso que algunas herramientas tenga que ser prestadas de una maquina a otra o tradas desde la zona de almacn. En cambio, existe la posibilidad que las herramientas no estn disponibles para las piezas a la que estn asignadas. El tiempo es una de las variables ms importantes que existen en los sistemas de manufactura. El sistema tiene un retardo de la herramienta debido a los desplazamientos entre todas las mquinas. El tiempo de espera de la herramienta representa la mayor parte del tiempo de retraso de la herramienta. El tiempo de espera de sta puede estar afectado por la disponibilidad de la herramienta, y su nmero. El nmero de herramientas recibe el nombre de configuracin de copia de herramienta. La determinacin de esta configuracin se define como planificacin del problema de requerimientos de herramienta (TRPP)

En recientes investigaciones [Peschke, et al-2005] plantean nuevas arquitecturas para los sistemas de manufactura flexible.La nueva arquitectura recibe el nombre de PABADIS que esta basada en PROMISE (Reconfiguracin de sistemas de manufactura orientados a producto). El citado autor determina que la arquitectura PABABIS se caracteriza por una serie de elementos:

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Arquitectura de control centralizada en los recursos. Integracin de la interfaz de control de campo para mejorar el intercambio de datos. Dispositivos avanzados con interfaces estndar para sistemas de control distribuido, Conceptos avanzados de distribucin de las rdenes de gestin Conceptos para describir y comparar productos y procesos de produccin relacionados con reas especficas de la industria. Redes de trabajo flexibles de fuentes de manufactura mediante estructura participativas.

1.3.2.1.- Celdas de Trabajo.En este apartado se exponen cules son las caractersticas bsicas de las celdas de trabajo que componen un sistema de manufactura. Las celdas surgen con el objetivo de conseguir una especializacin y mayor eficiencia de la cadena de produccin. En las primeras investigaciones sobre la temtica [Freund, et al-1993] definen celda de trabajo como una unidad de maquinaria que coopera en el taller realizando externamente y de forma autnoma operaciones del proceso de produccin. La celda est constituida por dispositivos de automatizacin como robots, mquinas y sistemas de transporte. Dentro de una celda de trabajo se realizan tres actividades o procesos bsicos que a continuacin detallamos:

Identificacin del producto. Se inicia cada vez que un producto nuevo llega a la celda de trabajo. Esta funcin permite la organizacin del sistema en diferentes productos.

Logstica interna. Las actividades de la logstica interna son el transporte y el almacenamiento de productos y piezas dentro de la celda de trabajo. Esta actividad es controlada por el PLC (controlador lgico programable) el cual est conectado al controlador de celda con el objetivo de permitir el flujo de informacin.

Proceso de produccin. La realizacin de los productos, en muchos casos suele ser descentralizado del proceso de produccin. La maquinaria que se utiliza en estos casos se compone de robots cuya caracterstica principal es su flexibilidad. El proceso

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anterior es posible debido a la capacidad de los robots para conectarse al controlador de celdas.

A continuacin y a modo de aplicacin de todo lo expuesto en este apartado vamos a presentar una aplicacin de una celda de trabajo con sistemas multi-agente (varios dispositivos inteligentes, ej robots) para aplicaciones de ensamblaje.

Uno de los elementos que constituyen el sistema es el controlador de la celda. Este dispositivo se encarga de dar las rdenes de trabajo, segn el plan de proceso establecido. Estas rdenes se encargan en cada momento de definir qu operacin se debe realizar y cul es la maquinaria asociada.

Adems existe en el sistema dos robots de ensamblaje que se comunican mediante un sistema de transporte de productos que reciben el apoyo de dos dispositivos que testean su funcionamiento.

El sistema tambin est dotado de un conjunto de robots mviles que se encargan de realizar la identificacin de los productos que intervienen en el proceso.

Retomando las investigaciones de [Freund, et al-1994], que incorporan nuevos elementos a la conceptualizacin de las celdas de trabajo, definindolas como un conjunto de dispositivos automticos coordinados por un sistema de control que intervienen en el proceso de produccin, en el caso de que falle alguna de las componentes del sistema. Estas celdas estn dirigidas por un controlador de celda que produce las rdenes de trabajo e integradas en un sistema de control y de flujo de material.

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Por consiguiente, a partir de estas teoras, hemos elaborado se el siguiente esquema que resume el modelado de una celda de trabajo y que presentamos en la figura 5:

Capa de Celda de Trabajo

Controlador Celda de Trabajo

Capa de Control de Procesos

Controladores Dispositivos

Capa de Funcin

Equipo para la produccin (robots mquinas herramientas)

Figura 4: Flujo de informacin en una celda de trabajo.

Teniendo como marco lo expuesto en el esquema anterior, hemos llegado a los siguientes resultados:

Los controladores de dispositivo son conectados al controlador de la celda de trabajo verticalmente, mediante el uso de un dispositivo interfaces de flujo especfico. Estos

controladores no se pueden comunicar horizontalmente con otros controladores situados en la capa de procesos. Como consecuencia el controlador de la celda de trabajo maneja el proceso de manufactura mediante la coordinacin de los dispositivos situados en la capa de funcin.

Siguiendo las lneas de investigacin planteadas por [Freund, et al-1994], [Regh.J2002], plantea una serie de problemas que surgen en la implementacin de las celdas de trabajo. Segn este autor las celdas de trabajo se encuentran con los siguientes obstculos:

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Analizar el conjunto de ventajas e inconvenientes de utilizar hardware de produccin ya utilizado frente al uso de nueva maquinaria de proceso.

Seleccin de automatizacin fija o automatizacin flexible.

Este mismo autor, establece de forma precisa dos tipos de celdas de trabajo.

New Automation. En este tipo de celdas de trabajo, el hardware de automatizacin y la maquinaria del proceso de produccin son incluido dentro del proceso de automatizacin.

Existing production cells. La finalidad de este tipo de celdas es mejorar el proceso de produccin mediante la integracin de la maquinaria actual con el nuevo hardware y software de automatizacin.

Asimismo, [Freund, et al-1994] elaboran una aplicacin de una celda de trabajo a la que denominan LUCAS, que presentaba las siguientes caractersticas:

Aplicacin Universal. Esta caracterstica implica que el controlador del sistema es adaptable a cualquier configuracin de celda de trabajo.

Fcil programabilidad. Los procesos de manufactura tienen distintas actividades ejecutndose al mismo tiempo, por lo tanto se dificulta la ejecucin de los procesos de las celdas de trabajo en un programa. Para evitar estas dificultades se propone describir solamente el proceso que sigue el producto dentro de la celda de trabajo.

Minimizacin de los tiempos de espera en los procesos de manufactura debido a perturbaciones y cambio de equipamiento. Los factores que aconsejan esta minimizacin de los tiempos seran:

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o Minimizacin de los tiempos de parada por cambio de equipamiento. Las celdas de trabajo debido a la gran flexibilidad permiten que unos dispositivos trabajen a pleno funcionamiento mientras otros se estn reparando. La perdida de tiempo en estos dispositivos depende de la complejidad de la celda.

o Minimizacin de los tiempos de parada por perturbaciones. Todas las actividades de la celda son supervisadas por el controlador de celda. La produccin de un error solo ser detectado si afecta al medio del modelo de la celda de trabajo.

Con posterioridad a las investigaciones de [Freund, et al-1994], [Garg, et al-2001] determinan que el aumento de la dificultad de las celdas de trabajo se solucionara con la coordinacin de los robots dentro de una celda de trabajo ya que segn [Freund, et al-1994] en sus investigaciones estableci que los robots son un elemento bsico en las celdas de trabajo. Siguiendo con las investigaciones de [Garg, et al-2001] en las que se determina que las celdas de trabajo utilizan el procesado de un alto nivel de datos distribuidos y un flujo de material automatizado. Asimismo, establece que coordinacin de los robots implica un modelado de la celda de trabajo realizada mediante capas. Cada una de las capas representa la localizacin de las mquinas y el flujo de informacin de una mquina a otra etc. Este autor, establece las siguientes tipologas de las capas de las celdas de trabajo:

Capa de funcin. Consiste en el proceso de agrupacin de todas las mquinas que realizan una funcin similar.

Capa de Celda. Las celdas de trabajo estn constituidas por diferentes mquinas y cada celda est destinada a procesar distintas familias de piezas.

Celdas de trabajo flexible. Es la capa ptima que resulta de la combinacin de la capa de celda y la capa de funcin. Una clula de trabajo flexible esta compuesta por una mquina de control numrico (CNC), estaciones de carga y descarga, sistemas automticos de manipulacin de material, sistema de control, inspector de estaciones.

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Automatizacin de una Planta Industrial A partir de las anteriores hiptesis [Garg, et al-2001] plantean una metodologa de trabajo para el diseo de una celda de trabajo, teniendo en cuenta como factor muy importante, la comparacin del coste de producir la pieza y el coste de implantar la celda de produccin. Este factor puede determinar la creacin o no de la celda de trabajo. Segn estos autores, los pasos a seguir en la elaboracin de una celda de trabajo son los siguientes:

Se debe realizar una definicin de las operaciones que se van a ejecutar en la celda: torneado, taladrado, fresado y vaciado.

Realizar un anlisis de los diferentes componentes necesarios para la celda de trabajo. Las celdas de trabajo estn compuestas por una mquina de control numrico, distintos robots para cargar y descargar mquinas herramientas y piezas. Los robots utilizados son los SCARA.

Para finalizar con la divisin de todo los componentes de las celdas de trabajo en capas segn las teoras de [Garg, et al-2001] y a continuando se planifica un estudio econmico de la disposicin de cada una de estas capas para establecer cul es la ms adecuada.

Una vez revisadas las distintas investigaciones sobre el modelado de las celdas de trabajo y la coordinacin entre los distintos robots, consideramos necesario analizar investigaciones que han analizado la optimizacin de la aplicacin de robots en las celdas de trabajo. Para ello, nos centraremos en los trabajos de [Carpio,A-2003] sobre mtodos de calibracin para robots. Esta metodologa de trabajo se puede dividir en los siguientes pasos que a continuacin exponemos.

Masterizado del robot. Este proceso consiste en la deteccin de los offsets de los encoders. Para alcanzar este objetivo se elabor un programa cuya finalidad era conseguir que el robot alcanzar 22 posiciones distintas frente a la cmara de medida. La puesta en marcha de este proceso implica la implantacin de tres diodos infrarrojos en la herramienta del robot.

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Obtencin de la posicin del robot as como la posicin cero de la celda. Para obtener estos datos se utiliz un software de medida y un palpador. La alienacin ms rpida y eficiente se realiza palpando puntos de referencia sobre el propio til. La ausencia de estos elementos provoca la alineacin de la pieza por comparacin con el archivo CAD, palpando libremente con una bola de un dimetro aproximado de unos diez milmetros, una serie de puntos sobre el elemento fijo de la celda. El sistema de coordenadas adecuado se obtiene mediante el algoritmo del mejor ajuste.

Informacin relativa del robot respecto a la celda robtica (Worldframe con respecto al robotframe). A partir de la informacin obtenida en el apartado anterior y con la ayuda del modelo cinemtico del robot, se puede utilizar el software Rocal ID para obtener las posiciones relativas que es el objetivo de la investigacin.

Determinacin del toolframe de la herramienta (TCPF). A travs de las medidas 3D y gracias a los datos obtenidos anteriormente (posicin de la base del robot y el modelo cinemtica del mismo) se pudo determinar mediante un software la posicin del ltimo eje del robot respecto a la cmara.

1.3.2.2.- Lneas de EnsamblajeDentro del sistema de produccin existe la fase de postproduccin en la que en muchos casos las distintas piezas terminadas son unidas para formar piezas ms complejas. Esta operacin requiere la utilizacin de lneas de ensamblaje. Tomando como referencia las aportaciones de la web http://www.esi2.us.es/~fabio/TransASP.pdf, para una primera

aproximacin sobre esta temtica, se define ensamblado como la unin de dos o ms piezas para la creacin de una nueva entidad. Las lneas de ensamblaje de este proceso se pueden clasificar en tres tipos:

Manual nica. Lnea de ensamblaje manual Lnea de ensamblaje automtico.

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Automatizacin de una Planta Industrial [Kang, et al 1990] realizan una ampliacin la anteriores investigaciones,

determinando que las lneas de ensamblaje se definen como un secuencia de operaciones realizadas por estaciones de mquinas. Las piezas van pasando de una estacin a otra llegando al final del proceso. Este autor insiste en que las lneas de ensamblaje no se ajustan a la definicin tpica debido a tres aspectos:

La no existencia de zonas de almacenamiento de informacin en las estaciones. Las restricciones asociadas al transporte de material son incluidas en el diseo. La divisin de los lotes de produccin se realiza en funcin de grupos de piezas y no segn piezas.

Sin embargo, las investigaciones ms recientes han planteado la existencia de deficiencias en las teoras de [Kang, et al 1990]. Un ejemplo de esta deficiencia se plantea al dividir el trabajo en distintas estaciones, cada una de las cuales tienen unos tiempos de trabajo muy similares. En resumen, este problema consiste en la distribucin de las tareas de la lnea. Para evitar estas deficiencias se han llevado a cabo aplicaciones de sistemas de manufactura flexible, cuya objetivo era conseguir lneas de ensamblaje capaces de producir simultneamente distintos tipos de productos. Otro objetivo era conseguir la manipulacin de volmenes pequeos y medios de piezas. Estos objetivos se pueden fusionar en el siguiente planteamiento: las lneas de ensamblaje tienen que ser capaces de producir volmenes bajos y medios de diferentes tipos de productos de forma simultanea. La planificacin de las operaciones en las distintas operaciones de trabajo comienza a ser la llave del aumento de la productividad.

Continuando con las investigaciones sobre las lneas de ensamblaje y sus deficiencias, [Jin et al-1994] proponen soluciones al problema de la falta de flexibilidad de las lneas de ensamblaje. Estos autores dividen la lnea de ensamblaje en pequeas estaciones que realizan una operacin. Las estaciones estn dispuestas en una lnea y se comunican con una cinta. De esta forma se permite la fabricacin de distintos tipos de productos y se tiene una mayor flexibilidad. La arquitectura de la lnea es controlada mediante un sistema de control

jerquico. Existen un nmero elevado de factores que influyen en el funcionamiento de una lnea de ensamblaje.

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial Desde el punto de vista del control de la lnea [Jin et al-1994] plantean el diseo de mdulos de control de los dispositivos que intervienen. Esta divisin en mdulos permite rpidos cambios en la lnea para la fabricacin de distintos productos. El nmero de estaciones de trabajo esta determinado por el nmero de operaciones. En los modelos simples, las estaciones de trabajo actan como buffers almacenando informacin sobre las tareas.

El transporte es otro de los factores que se tiene que analizar. Para la fabricacin de microcojinetes el sistema de transporte esta formado por cintas que transportan las piezas sobre unas bandejas. Existen cuatro tipos de configuraciones para el transporte: off line, red, on-line, in-line. La realizacin y seleccin de las configuraciones esta condicionada a factores como:

o La adaptacin del proceso de produccin de micro-cojinetes a una lnea de ensamblajes, requiere la divisin del proceso en pequeas operaciones de un corto periodo de tiempo. o Para obtener el mximo rendimiento del sistema por parte del operario con ciclos de produccin tan cortos, los tiempos de transporte deben ser mnimos. o La configuracin debe ser barata de instalar y fcil de controlar.

Teniendo en cuenta los factores descritos, [Jin et al-1994] realizan una explicacin mas detallada del funcionamiento de la lnea de ensamblaje. El sistema est compuesto por controladores de lnea, controlador de la estacin y el robot/operador. Las estaciones de trabajo estn montadas directamente sobre la cinta para poder suministrar material de forma continua. Para evitar los cuellos de botella en la produccin se realiza la reserva de dos estaciones de control. El sistema de transporte que se utiliza es el in-line que es un estndar modular para todas las operaciones de ensamblaje de la lnea. El motor de la cinta esta operando de forma continua salvo en el caso que llega a las estaciones de trabajo, cuando el motor se para se produce la descarga de la pieza. Si la operacin se realiza sobre la pieza actual, la bandeja es levantada lejos de la cinta. Una vez dentro de la estacin de trabajo la bandeja es depositada en un almacn. La informacin sobre el sistema es obtenida mediante

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Automatizacin de una Planta Industrial una serie de sensores que permite determinar las posiciones de las bandejas en el proceso de produccin.

En la misma lnea de investigacin que los anteriores autores, [Ismail, et al-2002] plantean una serie de definiciones sobre los distintos tipos de ensamblajes.

El ensamblaje entendido como un proceso en el que piezas o sub-ensamblajes son juntados para formar un producto final.

Una lnea de ensamblaje manual es una lnea de produccin que consiste en una secuencia de estaciones de trabajo donde las tareas son desarrolladas por los humanos. Cada estacin se encarga de una parte del trabajo final.

Sin embargo, el principal problema de las lneas de ensamblaje segn [Ismail, et al2002] es la falta de un estndar de tiempos para la realizacin de los productos, adems de no realizar el balance de las lneas de ensamblaje. Este proceso se realiza obteniendo la media del tiempo de produccin de cada producto y la eficiencia de la lnea. Los problemas en las lneas de ensamblaje sean automticas o manuales son prcticamente iguales

Las futuras lneas de investigacin dentro de esta temtica se centran en autoensamblajes programables. Segn [Klavins,E-2007], este concepto se basa en el fenmeno natural de la reorganizacin de las partculas de forma simultaneas para formar una

estructura coherente. Este evento natural podra aportar una gran cantidad de mejoras en los procesos de ensamblaje ya que de forma automtica se podran generar productos adecuados a las necesidades del medio en el menor tiempo posible.

La implementacin de este suceso natural dentro del campo de la robtica se producira utilizando una serie de componentes y metodologas. El primer elemento que se utiliza son los robots modulares. Estos estn constituidos por dispositivos electromecnicos que pueden unirse a otros robots, rotar o trasladarse. Mediante la interaccin local entre varios grupos , se pueden reconfigurar en diferentes formas, replicarse ellos mismos etc.

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial La agrupacin de unos 20 robots modulares recibe el nombre de piezas programables. Cada pieza esta formada por bastidores que forman un tringulo equiltero. En su interior existen varios dispositivos entre los que destacan tres mecanismos de latching, tres transceivers de infrarrojos, un microcontrolador, un controlador de los circuitos. Cada eje del bastidor esta constituida por un mecanismo de latching y un transceiver. Debido a los imanes que llevan incorporados estos sistemas, en el momento que dos piezas programables chocan se produce su unin inmediata. El intercambio de informacin entre piezas se produce mediante el uso de los transceivers de infrarrojos. El objetivo de la investigacin es conseguir estructuras que tengan una alta probabilidad, utilizando mtodos de grafos para disear el modelo y programar el camino y las interacciones de las piezas.

1.3.3-Tipos de Tecnologas de AutomatizacinDespus de analizar el proceso de produccin, las distintas variables que presenta y sus posibles mejoras, en este apartado se van a analizar segn [Ashayeri,et al-1996], las metodologas que permiten el diseo, planificacin y control de procesos. La primera de las tecnologas aplicadas es CAD (Computer Aided Design), este mtodo permite producir un diseo aproximado de la pieza real. Una vez diseada en CAD sufre una serie de pruebas en simulacin mediante las tecnologas CAE (Computer Aided Enginering). Finalmente mediante la metodologa CIM (Computer Integrated Manufacturing) hace posible una gestin y planificacin de la informacin.

1.3.3.1.- CADLas empresas estn dotas de un departamento de marketing que es el encargado de recoger las demandas que presenta el medio sobre cualquier tipo de producto. Estas demandas las recibe el departamento de ingeniera que mediante las tecnologas CAD realiza un boceto a escala real de lo que sera el producto acabado. Existen diversas conceptualizacin sobre el funcionamiento y funcionalidad de las tecnologas CAD.

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Automatizacin de una Planta Industrial La consulta de la pgina web http://lorca.umh.es permite definir CAD como una metodologa implicada en la utilizacin de los sistemas informticos para realizar tareas de creacin, modificacin, anlisis y optimizacin de un diseo. En resumen el objetivo

principal que se busca es la definicin de la geometra de la pieza. Los sistemas CAD estn compuestos de los siguientes elementos y tcnicas que aumentan sus virtudes dentro del sistema de produccin.

Modelado geomtrico. Consiste en un conjunto de tcnicas cuyo objetivo es la representacin de entidades geomtricas.

Tcnicas de visualizacin. Son los elementos esenciales para la generacin de las imgenes del modelo.

Tcnicas de interaccin grfica. Constituyen el elemento soporte para la entrada de la informacin geomtrica en el sistema

Interfaz de usuario. Permite la interaccin con el elemento de diseo.

Base de datos: Es el elemento encargado de almacenar toda la informacin generada por el modelo. Entre los datos mas destacados que almacena son los datos de diseo sobre la pieza, los resultados de los anlisis que se realicen.

Mtodos numricos. Forman la base para los mtodos de clculo utilizado en los sistemas CAD.

Elementos de fabricacin. Esta constituido por todo el conjunto de maquinaria destinada a los procesos de fabricacin.

Elementos de comunicacin: Es necesaria la implementacin de un conjunto de dispositivos que permitan la comunicacin entre diversos sistemas con tecnologa CAD. l

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial La [TOA-1984] nos ofrece un enfoque ms amplio a la definicin de CAD obtenida en http://lorca.umh.es. Para esta entidad la tecnologa CAD es un sistema de diseo electrnico utilizado en ingeniera, destinado a evitar la utilizacin clsica de papel y lpiz. Un sistema CAD permite la combinacin en el PC de varias curvas y lneas para forma una pieza de acuerdo con las especificaciones. CAD aporta formas de trabajo mas complejas, permitiendo la comunicacin con el sistema de produccin y el envo de las caractersticas para su fabricacin. Estas tcnicas de diseo sirven como punto de partida para las metodologas CAE, ya que posibilitan un anlisis del diseo del producto maximizando su utilizacin. La principal ventaja que incorporan los sistemas CAD es la reduccin de muchos de los trabajos de diseo, adems la posibilidad de realizar infinitas variaciones del modelo a fabricar. Esta posibilidad era muy limitada en pocas anteriores a la implantacin de los sistemas CAD.

La forma de realizar el diseo en las tecnologas CAD es muy variado. En la mayor parte de los sistemas se utilizan dispositivos de teclado y ratn para poder interactuar con el sistema, en otros casos tambin se pueden utilizar lpices pticos o sistemas de pantallas tctiles que permiten al operario pulsar en la pantalla. Los sistemas CAD tambin presentan la posibilidad de realizar una digitalizacin de la pieza a partir del modelo realizado, a partir de la conexin de pequeos terminales a los ordenadores. El proceso de digitalizacin permite crear una base de datos para que pueda ser consultada por los distintos departamentos de la empresa.

A partir de las investigaciones expuestas anteriormente se pueden extraer tres funciones bsicas que permiten el aumento de la productividad del diseador

Los productos tienen zonas simtricas con respecto a otros productos. El sistema permiten manipular estas zonas repetidas para situarlas en cualquier zona de la pantalla.

La opcin del zoom permite ver detalles de la pieza y cambiar las escalas de una parte con respecto a otra de la pantalla.

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Automatizacin de una Planta Industrial La pieza puede ser observada desde distintas perspectivas.

Las futuras lneas de investigacin de esta temtica estn enfocadas hacia dos campos claramente diferenciados.

La bsqueda por conseguir una reduccin del tiempo de produccin, como consecuencia los sistemas CAD deben llevar incorporado una interfaz grfica que permita al operario delimitar cuales son los pasos para la produccin del producto

La combinacin de las tecnologas CAD y CAE permite realizar de ensayos de elementos finitos con las piezas y diferentes tipos de simulacin dentro del ambiente real de trabajo.

1.3.3.2.- CAMEste apartado esta enfocado al estudio de la tecnologa CAM que esta ntimamente relacionada con la tecnologa CAD. Como punto de partida de las investigaciones se realiz la consulta de la pgina web http://lorca.umh.es . CAM es una metodologa consistente en la utilizacin de sistemas informticos para realizar la planificacin, gestin y control de las operaciones de una planta de fabricacin. Estas aplicaciones tienen distintas funciones,

destacando la programacin de robots que operan en celdas de fabricacin escogiendo y seleccionando las herramientas.

El elemento ms importante de las aplicaciones CAM son las interfaces, que pueden ser de dos tipos:

Interfaz Directa. Esta constituida por aplicaciones en las cuales el PC se conecta directamente al proceso de produccin supervisin y control. con el objetivo de realizar tareas de

Interfaz Indirecta. El ordenador funciona como un elemento de ayuda del proceso, sin llegar a interactuar con el directamente.

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial La [TOA-1984] da una visin mucho ms prctica de los sistemas CAM. Para este organismo CAM se define como el conjunto de los distintos tipos de automatizacin programable que se utilizan en una empresa y que ayudan a la produccin. Entre las distintas herramientas que presentan estas aplicaciones estn los robots, mquinas de control numrico, sistemas de manufactura flexible y sistemas automatizados de manejo de material.

Como consecuencia de la gran cantidad de ventajas que plantean los sistemas CAM [Tandon, et al-1999] plantean la posibilidad de la unin de las tecnologas CAD / CAM para integrarlas en los procesos de manufactura. Para la integracin se utiliza un sistema Pro/Engineer. Se produce la seleccin de este programa debido a las siguientes caractersticas:

Completa Asociatividad. Las variaciones en cualquier fase del proceso, afectan al resto del proceso de produccin.

Modelado basado en caractersticas. La fusin de ambos sistemas debe permitir la posibilidad de incorporar en cada momento los conocimientos del producto.

Modelado paramtrico. Esta caracterstica hace posible disear las restricciones de la pieza., permitiendo una continua variacin del modelo dotando al sistema de flexibilidad.

Gestin de Datos. Este rasgo debe permitir la accesibilidad a la base de datos por parte de los distintos usuarios. Las caractersticas de estos usuarios deben ser lo mas heterogneas posible; distintas plataformas, sistemas operativos.

A partir de las anteriores caractersticas, se pueden obtener una serie de mejoras que se producen en los sistemas de produccin donde se aplican la fusin de estas tcnicas.

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Automatizacin de una Planta Industrial Diseo del producto y modelado. Existe la posibilidad de realizar multitud de diseos del producto atendiendo las necesidades del cliente.

Elementos de anlisis. Se puede obtener un profundo anlisis sobre los distintos elementos que pueden influir en la pieza, como por ejemplo temperatura, fatiga del material.

Fase de desarrollo de maquinaria. Permite disear todo el conjunto de maquinaria necesaria para la produccin del producto. Los tiempos de realizacin suelen ser muy pequeos, debido a la no modelizacin de la herramienta.

Manufactura. Se realiza el diseo mas adecuado a la realidad del proceso de produccin a partir de la informacin obtenida en las caractersticas anteriores.

Optimizacin. La obtencin de la solucin ms adecuada para el sistema en un proceso muy complejo. Las variaciones en cualquiera de las variables del sistema dan lugar a distintas soluciones. La solucin ptima se obtiene tras realizar el menor nmero de cambios en las variables del sistema.

Intercambio de datos y herramientas de web. Se habilita la capacidad de disponer de un servidor web que permita el acceso al proceso por parte del operario en cualquier instante.

1.3.3.3.- CAEEn este apartado se va a realizar un anlisis de las distintas metodologas que permiten integrar dentro del sistema de produccin las actividades realizadas por el departamento de ingeniera. Este tcnica recibe el nombre de CAE (Computer Aided Enginering). Como punto de inicio de las investigaciones, al igual que en los casos anteriores, se consulto la pgina http://lorca.umh.es . En ella CAE es conceptualizada como la tecnologa encargada de utilizar sistemas informticos para realizar el estudio de las geometras generadas por los sistemas

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial CAD. CAE dota al diseador de la capacidad de simular y estudiar el comportamiento del producto para refinar aquellos aspectos que sean grandes deficiencias. Dentro de las

tecnologas CAE, las ms utilizadas son los elementos finitos. Esta tcnica matemtica permite profundizar en del comportamiento de tensiones, deformaciones, transmisin de calor, distribucin de campos magnticos, flujo de fluidos o cualquier otra caracterstica del producto.

En las primeras investigaciones sobre la temtica, [Walker et al-1984] profundizan en los aspectos mas importantes de las tecnologas CAE realizando una aplicacin prctica. El objetivo que se plantean es poder realizar una fusin entre ambas tcnicas de forma que se dote al sistema de produccin de una mayor flexibilidad, generando una disminucin de los tiempos de realizacin de las distintas fases del proceso. Por este motivo antes de exponer las conclusiones de su aplicacin prctica [Walker et al-1984] realizan una definicin de los sistemas CAE. CAE es un conjunto de software dedicado a la realizacin del anlisis del comportamiento de las piezas en la lnea de produccin. Otro de sus componentes es el hardware habilitado en las estaciones de trabajo.

Despus de revisar cuales son los aspectos mas importantes de las tecnologas CAE segn [Walker et al-1984], los cuales aplican estas tcnicas para el diseo de un sistema de control de crucero de un coche. La aplicacin de estas tcnicas exige el modelado previo de la zona de trabajo teniendo en cuenta aspectos como las perturbaciones etc. Tomando como referencia esta aplicacin [Walker et al-1984] obtuvieron una serie de caractersticas que pueden definir a los sistemas CAE.

Desarrollo del modelo, definicin e integracin de los subsistemas, gestin de las libreras de modelos de los subsistemas. Anlisis de datos, gestin del modelo y construccin a partir de los datos. Identificacin del sistema Simulacin Diseo de Control y procesamiento de seal Optimizacin

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Automatizacin de una Planta Industrial Como conclusin final en las investigaciones de [Walker et al-1984] se obtienen una serie de pasos o condiciones que siguen los algoritmos CAE para su correcto

funcionamiento.

Dispone de un librera de funciones sobre anlisis de matrices en el nivel fundamental de algebra lineal.

Incorpora una serie de herramientas matemticas para evaluar las condiciones de varios problemas numricos.

Se implementan algoritmos que estn basados en estructuras matemticas unificadas. Por ejemplo las ecuaciones algebraicas de Riccati. Este nivel esta centrado en la resolucin de ecuaciones del nivel intermedio que estn integradas en las soluciones algebraicas lineales del nivel bajo.

1.3.3.4.- CIM-CEMPara finalizar en el estudio del grupo de tecnologas que permiten realizar una organizacin, gestin y organizacin de la produccin, abordaremos el estudio de la tecnologa CIM (Manufactura integrada por ordenador). Esta tcnica es considerada como la herramienta que permite al resto de las tecnologas CAD (Dibujo Asistido por Computador) integrarse en el sistema de produccin. Desde la informacin que nos ofrece la web

http://lorca.umh.es podemos definirla como una tecnologa cuyo objetivo est centrado en unir las islas de automatizacin para que cooperen de forma conjunta. CIM intenta usar una nica base de datos que recopile toda la informacin de la empresa y que permita la gestin integral de todas las actividades de la empresa.

Tomando como referencia la definicin anterior, [Lang, C. L.-1989] elabora una planificacin e implementacin de la tecnologa CIM para una empresa. Las empresas que no siguen la tecnologa CIM siguen los siguientes pasos para la realizacin de sus proyectos:

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial En un primer momento la empresa se encargara de la definicin del negocio del producto, su naturaleza y el impacto que va a tener en el mercado.

A continuacin se definen las futuras posiciones del producto en el mercado en trminos de crecimiento etc.

Se determinan unas estrategias para conseguir los objetivos marcados de acuerdo con las restricciones del mercado.

En el siguiente paso, tomando como referencia los datos obtenidos en el apartado anterior se elabora un plan de negocios, que se encargara de mostrar los objetivos en trminos de tiempo, que tiene que alcanzar la empresa. En esta fase se establecen una serie de objetivos prioritarios.

Para finalizar se asigna a cada una de las partes del proyecto el material necesario en forma de maquinaria y de personas para la implementacin del plan.

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Establecimiento de la misin

Objetivos de la compaa

Estrategias

Plan de Negocio Objetivos Programacin de las actividades del proyecto

Asignacin de Recursos Implementacin del Plan

Figura 5: Empresa sin esquema CIM

Sin embargo, a partir del funcionamiento de la empresa representada en el anterior esquema, la implementacin de la filosofa CIM conllevara los siguientes pasos.

Inicializacin del proyecto. Se establece la organizacin del proyecto y todas las metodologas que se van a utilizar. El personal es asignado a cada una de las partes del proyecto. El plan forma la base para la asignacin de los recursos del proyecto.

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial Desarrollo del modelo econmico de la compaa.

As-is anlisis. Se realiza un anlisis del medio en el que trabaja y se desenvuelve la empresa.

Necesidades de Anlisis. El anlisis esta dirigido a identificar las funciones de negocio que pueden ser ms beneficiosas para las nuevas tecnologas. El anlisis da una imagen de las futuras necesidades de la empresa.

Seleccin y evaluacin de las mejoras de tecnologa. Se estudia que nuevas tecnologas se pueden implantar en la empresa para ayudar a conseguir los objetivos marcados.

Plan Maestro. Una vez se ha producido la seleccin del material necesario para llevar la ejecucin del proyecto, se presenta a la gestin. Si la gestin aprueba el plan se deben planificar 3 objetivos.

o Las primeras acciones que se llevarn a cabo en la automatizacin o Qu automatizar y cmo automatizar o Qu integrar y como integrar

Implementacin del Plan. Las tecnologas seleccionadas para la ejecucin del plan deben llevar una planificacin y una implementacin asociada.

Relacin Beneficios/Costes. Realizar un estudio concienzudo de los costes y beneficios de la realizacin del proyecto.

Por consiguiente, la implementacin del esquema CIM genera en las empresas cuatro niveles de integracin:

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Automatizacin de una Planta Industrial Comunicacin: Este nivel requiere una estructura completa de datos sobre las comunicaciones entre los distintos ordenadores.

Gestin de los intercambios. Los intercambios de informacin entre las aplicaciones deben realizarse dentro de una serie de restricciones del sistema.

Datos. Este nivel requiere la creacin de una base de datos CIM (Manufactura Integrada por computador).En esta base se definen que elementos se necesitan y cual es su relacin con el resto.

Interfaz de usuario. Es necesario que todas las islas de automatizacin posean la misma interfaz de usuario

Para finalizar, en las investigaciones realizadas por [Lang, C. L.-1989] se enumera de forma precisa algunos problemas que presenta la metodologa CIM y que seran:

La implementacin de la filosofa CIM implica un perfecto conocimiento de las fuerza de trabajo. Los operarios en muchos casos desconocen las metodologas que se van a implementar y necesitan una costosa formacin

Cultura de implantacin de nuevas tecnologas.

La implantacin de las nuevas

filosofas de gestin implica una desconfianza por parte del personal de la empresa.

Los departamentos mas altos de las empresas deben tener un correcta coordinacin con el resto de la empresa para evitar que en muchos casos las ordenes no se aplique correctamente o tras un tiempo excesivo.

En la misma lnea, [Aardal, M.-1995], determina que no existe una definicin clara de la filosofa CIM aunque existe una definicin bastante extendida que lo considera como una parte crtica de nuestro xito en conseguir una mayor productividad. Este autor nos propone una nueva conceptualizacin del CIM, entendido como el sistema de control que gestiona la

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial manipulacin automtica del material mediante robots y que permite la conexin al proceso y la medida de los equipos para automatizar la recogida de datos.

De la misma manera, este autor intenta mejorar las deficiencias presentadas en el modelo CIM, proponiendo una evolucin de ste modelo, al que denomina CEM (CIM Evolution Model). Para este autor el CEM abarcara los siguientes aspectos bsicos.

Sistema de Control de Material destinado al envo de equipo destinado a la manipulacin automatizada de material para interpretar el movimiento de los materiales.

Sistemas de Control de los equipos que operan dentro del sistema de produccin enviando procesos de control y alimentando de datos a otros sistemas.

Sistema de control shop floor referido comnmente a la ejecucin de sistemas de manufactura (MES)

Continuando con el anlisis de la tecnologa CEM, una de las caractersticas que se le atribuye es la presencia de diferentes niveles de implementacin CIM, dependiendo del medio en el que se este trabajando, existiendo tres tipos de medios en para la implementacin del modelo CEM:

Perfect World. Ejecuta el proceso y almacena los datos son almacenados, como consecuencia el proceso est bajo control.

Controlled Change. Diferentes tipos de productos son fabricados en la misma mquina En cada instante se necesita realizar unos cambios para cada producto. El sistema permanece bajo control en todo momento.

Try and Apply. Se realizan distintas pruebas y tests hasta que se encuentre el funcionamiento deseado, a continuacin el proceso se pone en marcha.

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Automatizacin de una Planta Industrial Otra de las caractersticas del modelo CEM es la que enfocada al entendimiento del concepto de manufactura por parte de la gente.

En posteriores investigaciones y retomando las temtica abordada por [Lang, C. L.1989], [Rehg, J.A.-2002] plantea la definicin de CIM e implementa su metodologa. Este autor define CIM como la integracin total de los procesos de manufactura de la empresa a travs del uso acoplado de sistemas integrados y comunicacin de datos con una nueva filosofa de gestin que mejora la organizacin y la eficiencia personal. Esta definicin sirve como base para la implementacin en tres pasos del proceso CIM.

Evaluacin de la tecnologa de la empresa, recursos humanos y sistema. Esta primera fase comprende el anlisis del diseo del sistema ya que a travs del entendimiento de las operaciones se pueden evaluar los eventos crticos para los posteriores procesos de simplificacin e implementacin. Esta fase esta condicionada por tres factores.

o El nivel actual de tecnologa y la sofisticacin del proceso de manufactura

o El grado de aceptacin por parte del empleado hacia la implantacin de nuevas tecnologas en la empresa

o La razones que han llevado a la implementacin del sistema de produccin segn lo establecido.

Simplificacin y eliminacin del desperdicio. Las tecnologas CIM hacen posible que en el proceso se puedan eliminar todos las partes que no puedan aadir un valor al producto final, para ello se produce una combinacin de las operaciones manuales y las islas de automatizacin dando lugar a una solucin integrada de un ancho rango para la empresa.

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial Implementacin e instalacin con unas medidas de funcionamiento. En los dos primeros pasos de esta metodologa se ha profundizado en la implementacin de una serie de medidas destinadas al operario y al sistema de manufacturas. Estas medidas pretendan adecuar a ambos elementos del proceso de produccin a la filosofa CIM.

En esta ltima fase se procede a la compra e instalacin de las celdas de trabajo y los sistemas integrados Con respecto a esta medida, en el pasado previamente no se evaluaba la eficiencia que presentaba el sistema ante cualquier nueva tcnica.

1.3.3.5.-PLCEn este apartado se profundiza en los dispositivo que se utilizan para actuar de forma directa sobre el proceso de produccin, entre los ms importantes destacan los PLCs y las mquinas de control numrico que se tratan con posterioridad.

Existen una gran cantidad de autores que ha profundizado en la temtica de los PLCS. Las investigaciones de [Moreaux ,et al-1991], definen el PLC como un dispositivo formado por dos entidades: la consola, y la parte ejecutora. La consola ofrece al humano una interface para poder interactuar con el programa y no esta sujeta a las restricciones de tiempo real. La parte ejecutora se encarga del control de la planificacin de las tareas bsicas necesarias para poder realizar los trabajos necesarios.

Otros autores como [Nicolas, et al-2000] profundizan en la definicin de [Moreaux , et al-1991] aportando nuevos puntos de vista. Para [Nicolas, et al-2000] un autmata programable es un equipo electrnico basado en un microprocesador que generalmente tiene una configuracin modular, puede programarse en lenguaje no informtico y su funcin es controlar procesos industriales. Los componentes de un autmata son:

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Automatizacin de una Planta Industrial Bloque de entradas. Codifica las seales de los sensores y los actuadores para que sean interpretables por la CPU.

Bloque de salidas. Decodifica las seales indicadas en el programa de usuario para que puedan ser activadas en los dispositivos de salida.

CPU: Es el cerebro del autmata, interpreta las instrucciones del programa de usuario y activa las salidas correspondientes

Segn estos autores, los autmatas estn formadas por una serie de componentes externos que les dotan de una gran variedad de funciones.

Fuente de Alimentacin: Toma como referencia una tensin exterior para permitir el funcionamiento de los circuitos del autmata.

Consola de programacin: Permite al operario cargar el programa de control en el autmata

Perifricos: Son elementos independientes del autmata que se acoplan a el para poder realizar una funcin especfica

Interfaces: Son circuitos electrnicos que permiten la conexin de los perifricos

Tomando como referencia las investigaciones anteriores,[Jimnez, E.-2001] exponen que un autmata programable es una mquina industrial susceptible de ser programada debido a un sistema de microprocesadores que tienen un hardware estndar completamente independiente del proceso a controlar. La adaptacin al proceso se realiza mediante un programa que contiene la lista de instrucciones. La secuencia de acciones se realiza como consecuencia de la actuacin sobre las entradas y salidas del sistema. El autmata es el encargado de activar y desactivar estos dispositivos.

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Aproximacin al diseo de la automatizacin de una planta industrial A partir de las distintas definiciones que se plantean sobre PLC se puede ver la importancia que tienen en un sistema de control. [Jimnez E.-2002] plantea un esquema representativo sobre estas teoras.

Figura 6: Esquema Planta-PLC

A partir de las figura 6 se puede concluir que el Autmata es el dispositivo encargado de generar una serie de acciones aplicables sobre el sistema a partir de la informacin del estado del programa interno y de las rdenes del operario. Puede recibir informacin del sistema a travs de los dispositivos de entrada o mediante unos modelos internos.

1.3.3.6.-Control Numrico.En este apartado se aborda otro grupo de tecnologas que permite actuar de forma directa sobre el proceso de produccin cumpliendo los requisitos establecidos por el operario.

En las primeras investigaciones sobre la temtica [Moreaux, et al 1991] definen el control numrico como un grupo de dispositivos que permiten el posicionamiento de un dispositivo mecnico mvil, mediante un conjunto de rdenes elaboradas de forma automtica. Para ello se toma como referencia la informacin obtenida a partir de los planos de las piezas a fabricar. Una mquina de control numrico esta compuesta por tres partes:

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Automatizacin de una Planta Industrial El controlador Lgico Programable El controlador Numrico Director Una entidad destinada al trabajo con los ejes de la mquina de control numrico que van a ser controlados.

A partir de la conceptualizacin anterior se plantea una clasificacin sobre las distintas mquinas de control numrico.

Maquinas de Uso Local. El operario interacta en las proximidades de la mquina herramienta, debido al uso de comandos y proceso. botones que permiten el control del

La produccin de las piezas se consigue mediante la utilizacin de

programas escritos en cdigo ISO que se implementan en las mquinas La influencia del medio es tan elevada que no permite extraer todo el potencial de este tipo de maquinaria.

Mquinas de Control Numrico Directo. Esta maquinaria dispone de la posibilidad de descargar algunas partes del programa en un ordenador servidor encargado de centralizar la informacin, todo el proceso esta supervisado por el ser humano Existe la posibilidad de transferir descripciones de herramientas al ordenador servidor para que puedan ser consultada por las distintas mquinas.

Mquinas de Uso remoto. La mquina esta dotada de la capacidad de gestionar la informaci

suficiencia gonzalo

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