Automatizacin de Procesos Industriales, C3-2015. Ing. Miguel Flores 1 AUTOMATIZACIN DE PROCESOS INDUSTRIALES UNIDAD I. CONCEPTOS BSICOS DE PRODUCCIN Y AUTOMATIZACIN. CLASE 1 Automatizacin:eselusodemquinas,sistemasdecontrolytecnologasdelainformacin para optimizar la productividad de la fabricacin de bienes y prestacin de servicios. El mayor incentivoparaaplicarlaautomatizacinesparaincrementarlaproducciny/olacalidada nivelessuperioresalosquesepuedelograrconsereshumanos,deestamaneratambinse buscamejorar la economay/o alcanzar niveles de calidad predecibles.La automatizacin est un paso ms all de la mecanizacin ya que esta ltima lo que hace es proveer a la persona de herramientasomaquinariaparaasistirleconlasnecesidadesdefuerza,laautomatizacin disminuyegrandementelanecesidaddelossentidosdelapersonaydesuesfuerzomental, mientrasincrementalacapacidaddecarga,lavelocidadylarepetibilidad.Laautomatizacin juega un papel muy importante y que crece rpidamente, en la economa mundial. TIPOSDEAUTOMATIZACIN:Existencincoformasdeautomatizarenlaindustria moderna: Control Automtico de Procesos El Procesamiento Electrnico de Datos La Automatizacin Fija El Control Numrico Computarizado La Automatizacin Flexible. ElControlAutomticodeProcesos,serefiereusualmentealmanejodeprocesos caracterizadosdediversostiposdecambios(generalmentequmicosyfsicos);unejemplode esto podra ser el proceso de refinamiento de petrleo. ElProcesoElectrnicodeDatosfrecuentementeesrelacionadoconlossistemasde informacin, centros de cmputo, etc. Sin embargo en la actualidad tambin se considera dentro de esto la obtencin, anlisis y registros de datos a travs de interfases y computadores. LaAutomatizacinFija,esaquellaasociadaalempleodesistemaslgicostalescomo:los sistemasderelevadoresycompuertaslgicas;sinembargoestossistemassehanido flexibilizando al introducir algunos elementos de programacin como en el caso de losPLCs o Controladores Lgicos Programables. Unmayorniveldeflexibilidadloposeenlasmquinasdecontrolnumricocomputarizado. Este tipo de control se ha aplicado con xito a Mquinas de Herramientas de Control Numrico (MHCN). Entre las MHCN podemos mencionar: Fresadoras CNC. Tornos CNC. Mquinas de Electroerosionado (El proceso de electroerosin consiste en la generacin deun arcoelctrico entreunapiezayun electrodo enunmedio dielctrico para arrancar partculas de la pieza hasta conseguir reproducir en ella las formas buscadas) Mquinas de Corte por Hilo, etc. Elmayorgradodeflexibilidadencuantoaautomatizacinse refierealosRobotsindustriales que en forma ms genrica se les denomina como Celdas de Manufactura Flexible. Automatizacin de Procesos Industriales, C3-2015. Ing. Miguel Flores 2 CIM: El trmino Manufactura Integrada por computadora (CIM por sus siglas en ingls) es a la vez un mtodo de manufactura y el nombre de un sistema automatizado por computadora en el cuallosdepartamentosdeingeniera,produccin,mercadeoylas funcionesdesoportedeuna fbricaestnorganizados.EnunsistemaCIMfuncionallasreasdediseo,anlisis, planeacin, compras, contabilidad, control deinventario y distribucin estnenlazados con las funcionesdelafbricatalescomomanejodematerialesygerencia,proporcionandocontrol directoymonitoreodetodaslasoperaciones.Comounmtododemanufacturahay3 componentes que distinguen CIM de otras metodologas de fabricacin: Sus medios para el almacenaje, recuperacin, manipulacin y presentacin de los datos. Mecanismos para sensar los diversos estados de los procesos y para su modificacin. Algoritmos para unificar los componentes de procesamiento de datos con componentes de sensado/modificacin. CIMesunejemplodelaimplementacindelasTecnologasdelacomunicacinyla informacin (information and communication technologies ICTs) en la manufactura. CIM implica que al menos hay dos computadoras realizando intercambios de informacin, por ejemplo el controlador de un brazo robot y el microcontrolador de una mquina CNC. HayfactoresquedebentomarseencuentasisedeseaimplementarelCIMenunaindustria: volumen de produccin, la experiencia de la compaa, o personal y el nivel de integracin del productoydelproceso.CIMesmstilcuandohayaltosnivelesdeICTcomosistemas CAD/CAM, la disponibilidad de la planeacin de procesos y sus datos estn disponibles. Un sistema CIM no es lo mismo que una fbrica de luces apagadas ("lights-out" factory), la cual correracompletamentesinintervencinhumana,peroesungranpaso enesadireccin.Parte delsistemainvolucralamanufacturaflexible,dondelafbricapuedeserrpidamente modificadaparaproducir diferentes productosodondeelvolumendelosproductospuedeser cambiado rpidamente con la ayuda de las computadoras. 1. LI NEAS DE PRODUCCI N Las lneas de produccin son una clase importante en los sistemas de manufactura cuando van a hacer grandes cantidades de productos idnticos o muy similares. Son convenientes para realizar un trabajo en la parte o producto que requiere muchos pasos separados. Entre los ejemplos estn losproductosensamblados(losautomvilesylosaparatoselctricos),ascomolaspartes maquinadasqueseproducenenformamasiva,enlascualesserequieremltiplesoperaciones de maquinado (bloques de motores y alojamiento de transmisiones). Automatizacin de Procesos Industriales, C3-2015. Ing. Miguel Flores 3 Enunalneadeproduccin,eltrabajototalsedivideentareaspequeasyseasignan trabajadoresomquinaspararealizarestasactividadescongraneficiencia.Granpartedel crditoporeldesarrolloyrefinamientodelalneadeproduccinsedebeaHenryFordyel equipo de ingeniera en la Ford Motor Company, realizado a principios del siglo. Por cuestiones de organizacin, las dividimos en dos tipos bsicos: lneas de ensamble manual y lneasdeproduccinautomatizadas,aunquesonfrecuenteslaslneashbridascon operaciones tantomanualescomoautomatizadas.Antesdeexaminarestossistemas,consideremosalgunos de los aspectos generales implcitos en el diseo y operacin de una lnea de produccin. FUNDAMENTOS DE LAS LNEAS DE PRODUCCIN Unalneadeproduccinlaformanunaseriedeestacionesdetrabajoordenadasparaquelos productos pasen de una estacin a la siguiente y en cada posicin se realice una parte del trabajo total (vase figura siguiente). La velocidad de produccin de la lnea se determina por medio de suestacinmslenta.Lasestacionesdetrabajoconritmosmsrpidos,llegarnaverse limitadosporlaestacinmslenta,querepresentauncuellodebotella.Latransferenciadel producto a lo largo de la lnea por lo general se realiza mediante un dispositivo de transferencia mecnicaosistemadetransporte,aunquealgunaslneasmanualessimplementepasanel productoamanoentrelasestaciones.Laslneasdeproduccinseasocianconlaproduccin masiva.Silascantidadesdelproductosonmuygrandesyeltrabajosevaadividirentareas separadas que pueden asignarse a estaciones de trabajo individuales, una lnea de produccin es el sistema de manufactura ms apropiado. VARIACIONES DE PRODUCTOS Laslneasdeproduccinsediseanparaenfrentarlasvariacionesenlosmodelosdelos productos, siempre y cuando las diferencias entre los modelos no sean demasiado grandes (una variedaddeproductosuave).Entrminosdelacapacidaddeunalneadeproduccinpara enfrentar las variaciones de modelos, se distinguen tres tipos de lneas: 1) Lnea de modelo nico 2) Lnea de modelo por lote 3) Lnea de modelo mixto. Una lnea de modelo nico produce slo un modelo y no hay variaciones en l. Por tanto, las tareasquese realizanencadaestacin soniguales sobretodas lasunidadesdeproductos.Las lneas de modelo por lotes y de modelo mixto se disean para producir dos o ms modelos del producto en la misma lnea, pero usan diferentes enfoques para enfrentar las variaciones. Como sugiere su nombre, una lnea de modelo por lotes produce cada modelo en grandes cantidades. Lasestacionesdetrabajosepreparanparaproducirlacantidaddeseadadelprimermodeloy despussereconfiguranparaproducirlacantidadrequeridadelmodelosiguiente,yas sucesivamente.Confrecuencialosproductosensambladosusanesteenfoquecuandola demandadecadaproductoesintermedia.En estecaso elfactor econmicofavoreceelusode unalneadeproduccinparavariosproductos,enlugardeusarlneasseparadasparacada modelo. La preparacin de la estacin se refiere a la asignacin de tareas a una estacin determinada de la lnea, las herramientas especiales necesarias para ejecutar las tareas y la distribucin fsica de la estacin. En general, los modelos hechos en la lnea son similares y por tanto, las tareas para hacerlos tambin son parecidas. Sin embargo, existen diferencias entre los modelos que requiere unasecuenciadetareasdistinta,ytalvezlasherramientasusadasenunaestacindetrabajo para el ltimo modelo no sean las mismas que se requieren para el siguiente. Un modelo puede Automatizacin de Procesos Industriales, C3-2015. Ing. Miguel Flores 4 requerirmstiempototalqueotro,loqueobligaalalneaafuncionaraunritmomslento. Asimismo,puederequerirsecapacitacinadicionalonuevoequipoparalaproduccindeun modelo novedoso. Por estas razones, se requieren cambios en la preparacin de una estacin de trabajoantesqueempiecelaproduccindeunmodelonuevo.Estasmodificacionesproducen descensos en los tiempos (tiempo de produccin perdido) en una lnea de modelos por lotes. Unalneademodelomixtotambinproducevariosmodelos;sinembargo,losmodelosse entremezclan en la misma lnea, en lugar de producirse por lotes. Mientras un modelo particular setrabajaenunaestacin,seprocesaunmodelodistintoenlasiguiente.Cadaestacinest equipada con las herramientas necesarias y es capaz de realizar las tareas que se requieren para producircualquiermodeloquesesolicite.Muchosproductosdeconsumoseensamblanen lneas de modelo mixto. Los ejemplos principales son los automviles y los aparatos elctricos, que se caracterizan por variaciones significativas entre modelos y las opciones disponibles. Lasventajasdeunalneademodelomixtosobreunalneademodeloporlotesson:1)Se reduceeldescensodelostiemposentremodelos,2)seevitaninventariosaltosdealgunos modelos cuando hay escasez de otros y 3) las velocidades de produccin y las cantidades de los modelosaumentany descienden deacuerdocon los cambiosenlademanda.Porotraparte,el problemadeasignartareasalasestacionesdetrabajoparaquetodascompartanunacargade trabajo igual, esmscomplejo enuna lnea demodelomixto.Laprogramacin (determinar la secuencia de modelo) y la logstica (asignar las partes correctas a cada estacin de trabajo para el modelo que se est procesando en esa estacin) son ms difciles en este tipo de lnea. 1.1MTODOS DE TRANSPORTE DE TRABAJO Haydistintasformasdemoverlasunidadesdetrabajodeunaestacinalasiguiente.Lasdos categoras bsicas son: manual y mecanizada. Mtodosmanualesdetransportedetrabajo.Losmtodosmanualesimplicanpasarlas unidadesdetrabajoentrelasestacionesenformamanual.Estosmtodosseasocianconlas lneasdeensamblemanual.Enalgunoscasos,elproductodecadaestacinserecopilaenuna cajaounacharoladecarga,cuandolacajaestllena,semuevealasiguienteestacin.Esto puedeproducirunacantidadsignificativadeinventariodentrodelosprocesos,locualnoes deseable.Enotroscasos,lasunidadesdetrabajosemuevenenformaindividualalolargode unatablaplanaountransportadorsinenerga(porejemplo,untransportadorderodillos). Cuando se termina una tarea en cada estacin, el trabajador simplemente empuja la unidad a la siguienteestacin.Engeneralsepermiteunespaciopararecolectarunaomsunidadesentre las estaciones, con lo que se suaviza el requerimiento de que todos los trabajadores ejecuten sus respectivas tareas en forma sincronizada. Unproblemaasociado con losmtodosmanualesde transportedetrabajo es la dificultadpara controlar la velocidad de produccin en la lnea. Los trabajadores tienden a trabajar a un ritmo ms lento, a menos que cuenten con un medio mecnico que les marque el ritmo. Automatizacin de Procesos Industriales, C3-2015. Ing. Miguel Flores 5 Mtodosmecanizadosde transportedetrabajo.Porlogeneral,seusansistemasmecnicos sin energa para mover unidades de trabajo a lo largo de una lnea de produccin. Estos sistemas incluyendispositivosparalevantarycargar,mecanismosparalevantarycolocar,transportes conenerga(porejemplo,transportadoresdecadenacolgante,cintastransportadorasy transportadoresdecadenaalpiso)yotroequipodemanejodemateriales,algunasvecesse combinan varios tipos en la misma lnea. Es conveniente identificar los tres tipos de sistemas de transferenciadepartesdetrabajoqueseusanenlaslneasdeproduccin:a)transferencia continua,b)transferenciasincrnicayc)transferenciaasincrnica.Estossistemasde transferencia se implantan mediante diversos tipos de equipo. Lossistemasdetransferenciacontinua,consistenenuntransportadorquesemueve continuamenteyoperaaunavelocidadconstanteVc.Elsistemadetransferenciacontinuaes ms comn en las lneas de ensamble manual. Se distinguendos casos: 1) las partes se fijan al transportador o 2) las partes pueden retirarse del transportador. En el primer caso, generalmente elproducto es grandey pesado (por ejemplo,automvilesylavadoras),ynopuederemoverse delalnea.Portanto,eltrabajadordeberodeareltransportadormvilparacompletarlatarea asignada en tal unidad mientras est en la estacin. Enelsegundocaso,elproductoeslobastantepequeopararemoversedeltransportadory facilitareltrabajoencadaestacin.Enestetipodedisposicin,sepierdenalgunosdelos beneficiosdelritmodadoquenoserequierequecadatrabajadorterminelastareasasignadas dentrodeunperiododetiempofijo.Porotraparte,estasituacinpermiteunamayor flexibilidad a cada trabajador para enfrentar los problemas tcnicos que encuentre en una unidad de trabajo. En los sistemas de transferencia sincrnica, las unidades de trabajo se mueven simultneamente entre las estaciones con un movimiento rpido y discontinuo. Estos sistemas se conocen con el nombredetransferenciaintermitente,elcualcaracterizaeltipodemovimientoque experimentanlasunidadesdetrabajo.Latransferenciasincrnicaincluyelacolocacindel trabajoenlasestaciones,yesunrequerimientoparalaslneasautomatizadasqueusaneste modo de transferencia. La transferencia sincrnica no es comn para lneas manuales debido al ritmo tan rgido que implica. Latareaencadaestacindebeterminarsedentrodeltiempodeciclopermitidooelproducto saldr de la estacin como una unidad incompleta. Esta disciplina rtmica y rgida presiona a los trabajadores,locualnoesconveniente.Encontraste,esteritmodetrabajoseprestaparauna operacin automatizada. Latransferenciaasincrnicapermitequecadaunidaddetrabajosalgadelaestacinactual cuandoseterminaelprocesamiento.Cadaunidadsemueveenformaindependienteynoen formasincrnica.Portanto,encualquiermomento,algunasunidadesenlalneasemueven entreestaciones,mientrasqueotrasestncolocadasenellas.Estetipodetransferenciase denominaenocasionesunsistemadecargaryliberar.Conlaoperacindeunsistemade transferencia asincrnica, se asocia el uso tctico de colas entre las estaciones. Se permite que se formencolaspequeasdeunidadesdetrabajoenfrentedecadaestacin,demodoquelas variacionesenlostiemposdetareaslostrabajadoressepromedienylasestacionessiempre tengantrabajopendienteparaellas.Latransferenciaasincrnicaseusatantoensistemasde produccin manual como automatizada.

Lneas de produccin manuales Sonsistemasdemanufacturaconmltiplesestacionesmanualesquerequierendeunoperador dedicado en cada estacin de trabajo. Factores que promueven el uso de lneas de ensamble manual son: La demanda por el producto es alta o media Automatizacin de Procesos Industriales, C3-2015. Ing. Miguel Flores 6 Los productos hechos en la lnea son idnticos o similares El trabajo total requerido para el ensamble del producto puede ser dividido en pequeas unidades de trabajo. Es tecnolgicamente imposible o econmicamente inviable la automatizacin de dichas operaciones. Productividad lneas manuales de produccin Especializacin del trabajo. Este principio de divisin del trabajo, primero propuesto por Adam Smith, menciona que cuando un trabajo grande o pesado es dividido en pequeas tareas y cada una es asignada a un trabajador, el trabajador se convierte en alguien altamente eficiente en esa prctica, un especialista. (Demasiada especializacin tiene contras). Partesintercambiables,encadacomponentemanufacturadocontoleranciassuficientemente cercanasaldiseodelaparte,puedeserseleccionadoparaelensambleconcualquier componente correspondiente. Sin partes intercambiables, el ensamble requerira correcciones y ajustes para el ensamble, haciendo el proceso imprctico. Lneas de produccin automtica Una lnea de produccin automatizada consiste de mltiples estaciones que estn enlazadas por unsistemademanejodetransferenciadepartesdeunaestacinalasiguiente.Lapartede trabajooriginalentraporunladodelalneaylospasosdeprocesamientosonrealizados secuencialmente al paso de la parte por la misma. Laslneasdeproduccinautomticasrequierendeunainversindecapitalsignificativa.Son ejemplo de automatizacin fija y, generalmente, es difcil alterar la secuencia y contenido de las operaciones de procesamiento una vez construida la lnea.Su aplicacin es por lo tanto apropiada solo bajo las siguientes condiciones: Alta demanda del producto Diseo estable del producto Larga vida del producto Operaciones mltiples en la manufactura La aplicacin de lneas de produccin tiene los siguientes beneficios: Automatizacin de Procesos Industriales, C3-2015. Ing. Miguel Flores 7 Bajo contenido de trabajo directo Bajo costo del producto al reducir costos de equipo fijo en muchas unidades Altos ritmos de produccin Minimizacin de tiempo crtico de produccin y el trabajo hecho en proceso Minimizacin del espacio en planta