Automatización

Es la tecnología utilizada para realizar procesos o procedimientos sin la ayuda de las personas.

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Sistemas de control de

calidad

Sistemas de soporte a la manufactura

Sistemas de manufactura

Tecnologías de automatización

y control

Tecnologías de manejo de

materiales

Instalaciones

Sistem

as de soporte a la m

anufactura

Elementos básicos de un sistema automatizado.

Energía: para completar el proceso y operar el sistema.

Programa: para dirigir el proceso. Sistema de control: para ejecutar las

instrucciones.

Energía

ProcesoSistemas de

ControlPrograma de Instrucciones

(1)

(2) (3)

Energía para realizar los procesos automatizados. Un sistema automatizado es usado para

operar algunos procesos. La energía se necesita para manejar el proceso así como los controladores.

Tipos de energía Eléctrica. Mecánica. Térmica Fuentes alternativas: combustibles fósiles,

hidráulica, solar, eólica.

Energía para el proceso En producción, el término proceso se

refiere a las operaciones de manufactura que son llevadas a cabo sobre la pieza de trabajo.

La energía también es requerida para las funciones de manejo de materiales. Carga y descarga de los materiales. Transportación del material entre estaciones

de trabajo.

ProcesoForma de energía

utilizadaAcción lograda

Moldeado TérmicaFunde el metal antes de colocarlo dentro de moldes donde

ocurre su solidificaciónMaquinado por

descarga eléctricaEléctrica

A través de descargas eléctricas, se remueve material de la piezaocasionado por altas temperaturas

Forjado MecánicaSe logra a través de modificar la forma original de un metalpresionado entre dados, generalmente a altas temperaturas

Templado TérmicaLa piezas se calientan por debajo de su punto de fusión para que

las moléculas unifiquen su estructura internaMoldeado por

inyecciónTérmica y mecánica

Un polímero transformado a consistencia plástica mediantecalor, se inyecta en un molde para que tome la forma de éste

Corte por láser Luminosa y térmicaEl rayo láser crea una vaporización y fundición de los metales

por los que pasa, haciendo cavidades al paso de su haz

Maquinado MecánicaSe elimina el material sobrante mediante el movimiento relativo

de las piezas contra las herramientas y viceversaTroquelado Mecánica Mediante dados y sellos, las partes metálicas toman su forma

Soldadura TérmicaA través del calor se funde una parte del metal de la pieza

metálica para adherirse a otra

Procesos comunes de manufactura y sus requerimientos de energía

Energía para Automatización

Se requiere energía para las siguientes funciones.

Unidad de control: los controladores modernos emplean energía eléctrica para leer las instrucciones del programa, realizar cálculos de control y ejecutar las instrucciones al transmitir comandos a los dispositivos actuadores.

Energía para activar las señales de control: los comandos enviados por la unidad de control son llevadas a cabo por dispositivos electromecánicos llamados actuadores. Los comandos comúnmente son transmitidos a través de señales de control de bajo voltaje.

Recolección y procesamiento de información: la información del sistema debe ser recolectada y usada como datos de entrada en los algoritmos de control. Además, puede ser necesario llevar registro del desempeño del proceso o calidad del producto. Estas funciones necesitan energia aunque en cantidades modestas.

Programa Programas de ciclo de trabajo. Los pasos del proceso para manufacturar una

pieza son llevados a cabo durante un ciclo de trabajo. Es decir, en cada ciclo de trabajo, se produce una parte (aunque en algunas operaciones se produce más de una). Estos pasos son especificados en un programa de ciclo de trabajo.

Parámetros del proceso: son entradas del proceso como la temperatura de un horno, o una coordenada en un sistema de posicionamiento.

Variables del proceso: son salidas del proceso como la temperatura real del horno o la posición actual en el sistema de coordenadas.

Programa. Toma de decisiones en el ciclo programado de

trabajo.

- Interacción del operador: aunque se intenta que el programa de instrucciones funciones sin interacción humana, la unidad de control puede requerir datos de entrada proporcionados por el operador para funcionar.

- Diferentes partes o estilos de productos: un sistema automatizado puede ser programado para realizar diferentes ciclos de trabajo en partes o estilos de productos distintos.

- Variaciones en las unidades de arranque de trabajo: en muchas operaciones de manufactura, las piezas iniciales de trabajo no son consistentes, por lo que pasos adicionales pueden ser necesarios.

Característica delprograma

Ejemplos o Alternativas

Pasos en el ciclo detrabajo

Ejemplo: Pasos secuenciales típicos (1) carga, (2) proceso (3) descarga

Parámetros de procesoen cada paso

Alternativas: Un parámetro VS muchos parámetros que deben ser cambiados durante el paso Parámetros continuos VS parámetros discretos Parámetros que cambian durante el paso, por ejemplo, un sistema de

posicionamiento cuyos valores de ejes cambian durante el proceso

Pasos manuales en elciclo de trabajo

Alternativas: Pasos manuales VS pasos no manuales (ciclo de trabajo completamente

automatizado)Ejemplo: Carga y descarga de partes desde y hacia la máquina por un operador

Interacción con eloperador

Alternativas: Integración del operador VS ciclo de trabajo completamente automatizadoEjemplo: El operador ingresando información de proceso para la parte trabajada

actualmente

Partes diferentes oestilos de productos

Alternativas: Partes idénticas o estilos de trabajo en cada ciclo (producción en masa o por

lotes) VS partes diferentes o estilos de producto cada ciclo (automatizaciónflexible)

Variaciones en lasunidades de trabajo

inicial

Ejemplo: Variaciones en las dimensiones iniciales o características de partes.

Características de Ciclos de Programas de Trabajo usados en Sistemas Automatizados

Sistemas de Control El sistema de control de un sistema

automatizado permite ejecutar el programa y lograr que el proceso realice su función definida. Los sistemas de control pueden ser de dos tipos:

- Sistemas de control de ciclo cerrado.- Sistemas de control de ciclo abierto.

Ciclo Cerrado

En un sistema de control de ciclo cerrado la variable de salida es comparada con un parámetro de entrada, y cualquier diferencia entre las dos es usada para lograr que la salida sea acorde con la entrada.

ProcesoActuadorControladorParámetro de entrada

Variable de salida

Sensor de Retroalimentación

Controladorvalor dado

Codificador óptico

Sistema de Posicionamiento (en un eje) que consiste en un tornillo de posicionamiento operado por un servo motor de

corriente directa

Motor

Entrada de motor

Señal de retroalimentación al controlador

Mesa de trabajo

Ciclo Abierto

ProcesoActuadorControladorParámetro de entrada

Variable de salida

Sistema de Control de Ciclo Abierto

Un sistema de control de ciclo abierto opera sin el ciclo de retroalimentación, sin medir la variable de salida, de manera que no hay comparación entre el valor real de la salida y el valor deseado en el parámetro de entrada.

Funciones Avanzadas de la Automatización

Funciones que conciernen a la mejora del desempeño y la seguridad del equipo, como son:

•Monitoreo de seguridad.

•Diagnóstico de mantenimiento y reparación.

•Detección de errores y recuperación de la falla.

Monitoreo de seguridad

Respuestas del sistema de seguridad:

•Detención del sistema.•Encendido de alarmas sonoras.•Reducción de la velocidad de los procesos.•Toma de acciones para corregir la violación de seguridad.

Tipos de sensores:

•De límite.•Fotoeléctricos.•De temperatura.

•De humo.•De presión.•Visión.

Diagnóstico de mantenimiento y reparación

Capacidad de un sistema automatizado de ayudar en la identificación de las fuentes potenciales o actuales de malfuncionamiento o falla.

•Monitoreo de status.

•Diagnóstico de falla.

•Recomendaciones para el procedimiento de reparación.

Detección de errores y recuperación de la falla.

Uso del control computarizado en un sistema para automatizar la toma de las acciones correctivas

necesarias para restaurar su operación normal después de ocurrida la falla.

Pasos:

•Detección del error.

•Recuperación del error.

Detección del error

Uso de los sensores disponibles en el sistema automatizado para determinar cuándo ha ocurrido una desviación o malfuncionamiento, interpretar

correctamente las señales de los sensores y clasificar el error.

Clasificación del error:

•Errores aleatorios.•Errores sistemáticos.•Aberraciones.

Categorías de errores Posible Malfuncionamiento

Maquinaria y procesosPérdida de la energía, sobrecarga de energía, deflección térmica, temperatura de

corte muy alta, vibración, falta de refrigerante, programa equivocado, partedefectuosa

Herramientas de corteDesgaste de la herramienta, rompimiento de la herramienta, vibraciones, falta de

herramienta, herramienta equivocada

Accesorios de sujeciónParte fuera del accesorio, pinzas sin actuar, parte movida durante el maquinado,

rompimiento de la parteUnidad de

almacenamiento departes

Parte a trabajar ausente, parte a trabajar equivocada, parte a trabajar que excede lasdimensiones o que no cumple con las mismas

Robot de carga ydescarga

Sujeción impropia de la parte a trabajar, el robot tira la parte a trabajar, no hay partedisponible para recoger

Pasos para la detección de errores en una celda integrada de manufactura: Categorías de los errores y posibles

malfuncionamientos que estas causan

Recuperación del error

Aplicación de las acciones correctivas necesarias para superar el error y regresar el sistema a su operación normal.

Estrategias:

•Realizar ajustes al final del ciclo de trabajo actual.•Realizar ajustes durante el ciclo actual.•Detener el proceso para aplicar acciones correctivas.•Detener el proceso y pedir ayuda.

Errores detectadose Posibles acciones correctivasLas dimensiones de las partes

cambian debido al calorproducido por la herramienta

Ajustar las coordenadas en el programa de la parte para compensarlo (accióncorrectiva de categoría 1)

El Robot tira la parte almomento de tomarla

Buscar otra parte (acción correctiva de categoría 2)

La parte sobrepasa lasdimensiones

Ajustar el programa de la parte para tomar un paso preliminar de maquinado a travésde la superficie de trabajo (acción correctiva de categoría 2)

Vibración de la herramientaAumente o disminuya la velocidad de corte para cambiar la frecuencia armónica

(acción correctiva de categoría 2)Temperatura de corte muy alta Reduzca la velocidad de corte (acción correctiva de categoría 2)

Fallo en la herramienta de corteCambie la herramienta de corte con otra herramienta más filosa (acción correctiva

de categoría 3)No hay mas partes disponibles

en la unidad de almacenamientoLlame al operador para resurtir las partes necesarias para el inicio de la operación

(acción correctiva de categoría 4)Rebabas que interfieresn en la

operación de maquinadoLlame al operador para que elimine las rebabas del area de trabajo (acción correctiva

de categoría 4)

Arreglo de errores en una Celda Integrada de Manufactura; Posibles acciones correctivas que deben de ser realizadas en

respuesta a los errores detectados durante la operación

El concepto de sistemas automatizados puede ser aplicado a distintos niveles de las operaciones de una fábrica. Normalmente asociamos el concepto de automatización con la producción de máquinas individuales. Sin embargo la producción de máquinas por si misma está creada por subsistemas que por ellos mismos pueden ser automatizados.

Podemos identificar cinco niveles posibles de automatización en una planta productiva y se explican con la siguiente figura

Niveles de automatización

Nivel de la empresa

Nivel

5

Descripción / ejemplos

Nivel de planta

Nivel de celda o sistema

Nivel de maquinaria

Nivel de dispositivo

4

3

2

1

Sistema de información corporativo

Sistema de producción

Sistema de manufactura - grupos de máquinas

Máquinas individuales

Sensores, actuadores, otros elementos de hardware

Niveles de automatización