automatización industrial
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IME BUAP
Ensayo de automatización industrial
Automatización
¿Qué es automatización?
• La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos.
• Un sistema automatizado consta de dos partes
principales: – Parte de Mando – Parte Operativa
Automatización
• La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada.
• Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores, etc.
Automatización
• La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada) .
• En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.
AutomatizaciónObjetivos de la automatización
– Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción y mejorando la calidad de la misma.
– Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad.
– Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.
– Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.
– Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.
– Integrar la gestión y producción.
Tecnologías Emergentes
Sistemas MRP y MRPII
Justo a Tiempo
Tecnología de los Procesos
Diseño asistido por computadora (CAD)
Manufactura integrada por computador (CIM)Definición : Tecnologías emergentes, son las técnicas modernas para manejar mas eficientemente el binomio operaciones – logistica, y han tenido una evolución en el tiempo en forma directa al avance de tecnologías de la información
Evolución de las Tecnologías
Clase mundial
1950 1960 1970 1980 1990 2000
EOQMRP
MRP II
MRP IIClase A
JITTQC
CIM
Productividad
Años
Las tecnologías han evolucionado de forma que integran las otras actividades de la organización en tiempo real
Evolución de las Tecnologías
De la EOQ(cantidad económica de pedido) se evolucionó al MRP (planeamiento de requerimiento de materiales), al MRP II (Planeamiento de los recursos de manufactura), al MRP II-clase A o clase mundial, al JIT (justo a tiempo) que debe acompañarse con el control de calidad total; para terminar con el CIM (manufactura integrada por computador)
Objetivos de las Tecnologías emergentes:-Reducir los ciclos de introducción de nuevos productos-Mayor rotación de inventarios-Mejoramiento de la calidad-Operaciones mas flexibles-Mejor servicio al cliente-Eliminación de mermas -Mejor manejo administrativo
Evolución de las Tecnologías
Tecnologías
• Internet• Tecnología de diseño– Diseño asistido por computador (CAD)– Estándar para el intercambio de datos
de producto (STEP)– Fabricación asistida por computador
(CAM)– La tecnología de la realidad virtual
Tecnologías
• Tecnología de producción– Control numérico– Control de procesos– Sistemas de visión– Robots– Sistemas automatizados de recuperación y
almacenaje (ASRS)– Vehículos guiados automáticamente (AGV)– Sistema de fabricación flexible (FMS)– Fabricación integrada informáticamente
(CIM)
Tecnologías• Tecnología en el sector servicios• Tecnología de la información en
operaciones– Proceso de transacción– Sistema de información para la gestión (MIS)– Inteligencia artificial
• Planificación de recursos empresariales (ERP)– Cuestiones de tecnología en ERP– Ventajas y desventajas de los sistemas ERP– ERP en el sector servicios
Tecnología de diseñoDiseño asistido por computador (CAD)
• Se refiere al uso de los computadores para el diseño de los productos de forma interactiva, así como la preparación de documentación técnica.
• Desarrollos:– Diseño para fabricación y montaje (DFMA):
permite examinar la integración de los diseños antes de que el producto sea fabricado.
– Modelado de objetos en 3-D: permite el desarrollo de pequeños prototipos del producto.
Tecnología de diseñoEstándar para el intercambio de
datos de producto (STEP)
• Estándar para el intercambio de datos de CAD. • Incluye datos de CAD en 3-D.• Mejora la colaboración utilizando el talento
dondequiera que se encuentre en el mundo y reduciendo el tiempo para sacar el diseño, así como el coste de desarrollo.
Tecnología de diseñoFabricación asistida por computador (CAM)
• Se refiere a la utilización de programas especializados de computador para dirigir y controlar los equipos de fabricación.
Tecnología de diseñoBeneficios del CAD y CAM
• Calidad del producto.• Tiempo de diseño más corto.• Reducción de costes de producción.• Disponibilidad de bases de datos.• Nuevo campo de posibilidades.• Reduce la necesidad de piezas “similares”.
Tecnología de diseñoRealidad virtual
• Permite la creación de un “modelo virtual”.
• Ayuda a examinar la integración del diseño.
• Permite al usuario “probar el producto” antes de fabricarlo (también permite al cliente probar el producto antes de comprarlo).
Tecnología de producción• Maquinaria de control numérico:
– Control numérico.– Control numérico por computador.– Control numérico directo.
• Control de procesos.• Sistemas de visión.• Robots.• Sistemas automatizados de recuperación y
almacenamiento.• Vehículos guiados automáticamente.• Sistema de fabricación flexible.• Fabricación integrada informáticamente.
Tecnología de producciónControl numérico
• Control numérico: la maquinaria se puede controlar electrónicamente.
• Maquinaria controlada numéricamente por computador: la maquinaria tiene su propio microprocesador y memoria.
• Control numérico directo: conectado a un computador central.
Tecnología de producciónControl de procesos: operación
• Los sensores (normalmente dispositivos análógicos) de recogida de datos.
• Los dispositivos analógicos leen datos según bases cíclicas una vez por minuto o, a veces, una vez por segundo.
• Las medidas se traducen en señales digitales que se transmiten a un computador digital.
• Los programas de computador leen el fichero (el dato digital) y analizan los datos.
• El resultado obtenido puede adoptar numerosas formas: mensajes en consolas de ordenador o impresoras, señales a motores para cambiar la posición de ajuste de una válvula, luces de aviso o sirenas, gráficos de control de procesos, etc.
Tecnología de producciónSistemas de visión
• Combinan cámaras de vídeo y tecnología de computador.
• Se utilizan con frecuencia en tareas de inspección.
• Los sistemas de visión son muy precisos y tienen un coste módico.
• Máquinas que tienen la capacidad de sujetar, trasladar y “agarrar” objetos.
• Realizan tareas que son monótonas o peligrosas.
• Utilizadas cuando se necesitan velocidad, precisión, o fuerza.
Tecnología de producciónRobots
Tipos de robots
Robot grande articulado
Cartesiano(rectilíneo)
Esférico(polar)
CilíndricoArticulado
(angular, plegable, antropomórfico)
Tecnología de producciónSistemas automatizados de
recuperación y almacenamiento (ASRS)
• Realizan la colocación y la retirada de componentes y productos, en y desde las zonas designadas en el almacén.
• Manejo automatizado de material.
• Se utilizan para mover componentes y equipos en las empresas de fabricación.
• Se pueden utilizar para trasladar correspondencia y suministrar comidas en instalaciones de servicio.
© 1984-1994 T/Maker Co.
Tecnología de producción Vehículos guiados automáticamente (AGV)
El CIM es la versión automatizada del proceso de manufactura, en el que las tres funciones principales de dicho proceso- diseño de productos y proceso, planeación y control, y el proceso de manufactura en si- son reemplazados por tecnologías automatizadas.
CIM = Manufactura integrada por computador, es la tecnología que no solo abarca el área de operaciones y producción, sino que se interrelaciona directamente con el funcionamiento de todas las áreas de la empresa.
El CIM lleva el concepto de “fabrica del futuro”, que utilizará computadores para diseñar productos, controlar las maquinas, manejar los materiales y controlar el proceso de producción de manera integrada.
CIM (Computer integrated manufaturing)
MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADOR(CIM)
• Sistema complejo, de múltiples capas, diseñado con el propósito de minimizar los gastos y crear riqueza en todos los aspectos.
• Tiene que ver con proporcionar asistencia computarizada, automatizar, controlar y elevar el nivel de integración en todos los niveles de la manufactura.
• Se define como: "la integración de las computadoras digitales en todos los aspectos del proceso de manufactura”.
• Existe una jerarquía de control en los ambientes manufactureros, en la cual hay 5 niveles principales que se detallan a continuación:
– Control de máquinas (PLCs) (Nivel de equipo)– Control de estaciones (Nivel de estaciones de
trabajo)– Control de celdas (Nivel de celdas)– Computador de área (Nivel de áreas)– Computador de planta (Nivel de planta)
MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADOR(CIM)
• Nivel de controlador de planta
• Es el más alto nivel de la jerarquía de control, es representado por la(s) computadora(s) central(es) (mainframes) de la planta que realiza las funciones corporativas como: administración de recursos y planeación general de la planta.
• Nivel de controlador de área• Es representado por las computadoras
(minicomputadoras) de control de las operaciones de la producción. Es responsable de la coordinación y programación de las actividades de las celdas de manufactura, así como de la entrada y salida de material.
• Nivel de controlador de celda• La función de este nivel implica la
programación de las órdenes de manufactura y coordinación de todas las actividades dentro de una celda integrada de manufactura.
• Es representado por las computadoras (minicomputadoras, PC´s y/o estaciones de trabajo). En general, realiza la secuencia y control de los controladores de equipo.
• Nivel de controlador de procesos o nivel de controlador de estación de trabajo
• Incluye los controladores de equipo, los cuales permiten automatizar el funcionamiento de las máquinas.
• Entre estos se encuentran los controladores de robots (RC´s), controles lógicos programables (PLC´s), CNC´s, y microcomputadores, los cuales habilitan a las máquinas a comunicarse con los demás (incluso en el mismo nivel) niveles jerárquicos
• Nivel de equipo• Está representado por los dispositivos que
ejecutan los comandos de control del nivel próximo superior.
• Estos dispositivos son los actuadores, relevadores, manejadores, switches y válvulas que se encuentra directamente sobre el equipo de producción. De una manera más general se considera a la maquinaria y equipo de producción como representativos de este nivel.
NIVELES DE AUTOMATIZACIÓN DE CIM
• Sistema de Manufactura Flexible. Es un sistema integrado por máquinas -herramientas enlazadas mediante un sistema de manejo de materiales automatizado operados automáticamente con tecnología convencional o al menos por un CNC (control numérico por computador).
• Un FMS consta de varias máquinas-herramientas controladas numéricamente por computador donde cada una de ellas es capaz de realizar muchas operaciones debido a la versatilidad de las máquinas-herramientas y a la capacidad de intercambiar herramientas de corte con rapidez (en segundos),
MANUFACTURA FLEXIBLE
• Estos sistemas son relativamente flexibles respecto al número de tipos de piezas que pueden producir de manera simultánea y en lotes de tamaño reducido (a veces unitario).
• Estos sistemas pueden ser casi tan flexibles y de mayor complejidad que un taller de trabajo y al mismo tiempo tener la capacidad de alcanzar la eficacia de una línea de ensamble bien balanceada.
MANUFACTURA FLEXIBLE
• Utiliza tanto máquinas automatizadas como dispositivos de manejo de material.
• Normalmente conectado a un computador central.
• También denominado célula de trabajo automatizada.
Computador
Máquina 1
Máquina 2
Roboto AGV
Herramientaautomatizada
(cambio)
Herramientaautomatizada(cambio)
Tecnología de producciónSistema de fabricación flexible (FMS)
Tecnología de producciónFMS: Ventajas y desventajas
• Ventajas:– Mayor velocidad, bajo coste en los traslados.– Menores costes directos de mano de obra.– Inventario reducido.– Calidad constante, e incluso de mejor calidad.
• Desventajas:– Capacidad limitada para adaptarse a los cambios en
los productos o mix de productos.– Necesita de una importante preplanificación y un
importante desembolso de capital. – Problemas tecnológicos de posicionamiento exacto de
los componentes y tiempo preciso. – Necesidad de herramientas y de instalación.
El impacto de la tecnología en el sector servicios
Sector servicios Ejemplo• Servicios
financieros
• Educación
• Administración e instalaciones
• Comidas y restaurantes
• Comunicaciones
• Hoteles
• Tarjetas de débito, transferencias de fondos, cajeros automáticos.
• Presentaciones multimedia, tablero electrónico, catálogos de biblioteca, Internet.
• Camiones automáticos de basura, escáner de correo óptico, sistema de defensa aeronáutica por radar.
• Escáner de chequeo óptico, pedidos inalámbricos del camarero a la cocina, robot para carnicería.
• Publicidad electrónica, televisión interactiva, buzón de voz, agendas electrónicas, teléfonos celulares.
• Sistemas de entrada y salida electrónicos, sistemas de apertura/cierre electrónicos.
Impacto de la tecnología en el sector servicios
Sector servicios Ejemplo• Venta al por
mayor/menor
• Transporte
• Salud
• Líneas aéreas
• Puntos de venta electrónicos, comunicación electrónica entre la tienda y el proveedor, datos en códigos de barras, sistemas de seguridad automáticos.
• Cabinas de peaje automáticas, sistemas de navegación dirigidos por satélites.
• Escáners MRI, ecografías, sistemas de monitorización del paciente, sistemas de información médica on-line.
• Viajes sin billete, programación por computador, Internet.
DSS, MIS y el proceso de transacción en OM
Fabricación, distribución y planificación de adquisición DSS
Control de fabricación
Control dedistribución
Control de adquisición
Informacióndel taller
CalidadCumplimetar
hoja de pedido
Proceso de los pedidosde trabajo
Materiasprimas
Adquisición
Almacén derecepción
MIS
Sistemas de procesamiento
de transacciones
MIS y el proceso de transacción en OM
Fabricación y gestión de material
Control de fabricación Control de material
Calidad Adquisición
Informacióndel taller
Pedidosdel taller de
trabajo
InventarioAlmacén derecepción
MIS
Sistema de procesamiento
de transacciones
Sistemas expertos• Toman decisiones de forma más rápida de lo
que podría solucionar un experto.• Consiguen los beneficios de tener un experto a
su disposición sin tener al experto presente.• Igualan y superan, por lo menos en
constancia, a un experto humano. • Libera al experto humano para que pueda
realizar otro trabajo. • Puede ser divulgado a gran cantidad de
inexpertos para su formación.
Cómo funciona un sistema experto de programación
ProcesoProceso
Base de datos:hechos específicos que describen el
estado de las operaciones
Base de datos:hechos específicos que describen el
estado de las operaciones
Motor de inferencia:determina las reglas que se deben utilizar y en qué secuencia
para responder a una petición
Motor de inferencia:determina las reglas que se deben utilizar y en qué secuencia
para responder a una petición
Base de información:
reglas generales para clasificar, obtenidas de
expertos
Base de información:
reglas generales para clasificar, obtenidas de
expertos
Información desde el taller dela fábrica Experto en
planificaciónHeurística
Modelos
Directorde
operacionesPetición deproyectos
Asesoramiento, explicaciones de posibles proyectos
Conseguir ventaja competitiva gracias a la tecnología
• Tener una visión estratégica.• Planificación a largo plazo.• Tener una una cadena de productos enfocada y
conocer su producto y a su cliente.• Enlazar la fuerte capacidad técnica interna con
su estrategia.• Construir organizaciones de aprendizaje que
puedan de forma efectiva llevar a cabo los cambios necesarios para un uso constructivo de la tecnología.
Planificación de recursos empresariales (ERP)
• Sistemas de paquetes de software de negocios que permiten a las compañías:
• Integrar y automatizar la mayoría de sus procesos de negocio.– Compartir datos comunes y prácticas en toda
la empresa.– Producir y acceder a información en un
entorno de tiempo real.
Ejemplo de un sistema ERP
Contabilidady finanzas
ERP Centralizada
Base de datos, software y servidores
EnvíoDirección de material y producción
Recursos humanos
Ventajas de los sistemas ERP
• Consigue la integración de la cadena de suministro, el proceso de producción y el administrativo.
• Crea un sistema de bases de datos común.• Puede incorporar procesos mejorados y
rediseñados: “los mejores procesos”.• Aumenta la comunicación y la colaboración
mundial.• Ayuda a integrar múltiples sitios y unidades de
negocios.• El núcleo del paquete de software se codifica en
el acto.• Puede proporcionar una ventaja estratégica sobre
los competidores.
Desventajas de los sistemas ERP• Es muy caro de adquirir e incluso más costoso de
personalizar.• Su implantación requiere grandes cambios en la
compañía y en sus procesos.• Es tan complejo que muchas compañías no
pueden acomodarse al mismo.• Implica un proceso continuo de implementación,
que puede no completarse nunca.• Existen pocos expertos en ERP, lo que hace de las
dotaciones de personal un problema añadido.
Informatización de los sistemas
• Actualmente, se confía en la implantación de aplicaciones ERP
• Visión unificada de los negocios común a todos los departamentos y funciones de la empresa
• Almacenamiento común e integrado de la información de gestión de todas las funciones de la actividad empresarial
• Interfaz común de usuario
Informatización de los sistemas
ERP
– SAP– Baan– J.D. Edwards– Oracle PeolpeSoft– Meta4– Ross System– Navision
Informatización de los sistemas
Informatización de los sistemas