Enfoque de la automatizacion en procesos administrativos

8/20/2019 Enfoque de la automatizacion en procesos administrativos

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IUA – Subsede Funes – Cátedra de Informática Industrial – Prof. Ing. Mario Osvaldo Bressano

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Evolución histórica de la automatización de los procesos industriales

Por Alberto Sanfeliu Cortés

1.1. INTRODUCCION

La automatización de los procesos industriales a través de los años ha dado lugar a un avanceespectacular de la industria. Todo ello ha sido posible gracias a una serie de factores entre los que seencuentran las nuevas tecnologías en el campo mecánico, la introducción de los computadores, ysobre todo el control y la regulación de sistemas y procesos.

La incorporación de los computadores en la producción es, sin lugar a dudas, el elemento puenteque está permitiendo lograr la automatización integral de los procesos industriales. La aparición de lamicroelectrónica y de los microprocesadores ha facilitado el desarrollo de técnicas de controlcomplejas, la robotización, la implementación de sistemas de gobierno y la planificación. Todos estoselementos llevan consigo la reducción de costes, el aumento de la productividad y la mejora delproducto.

En este primer capítulo se hace una revisión histórica de la evolución de la automatización de laindustria, iniciándose por sus antecedentes. Seguidamente, se pasa revista a sus primeras épocaspara, a continuación, ver una panorámica de la historia reciente que engloba desde el fin de laSegunda Guerra Mundial hasta nuestros días. En ese período se revisa, con cierto detalle, laevolución del computador en los procesos industriales y la de la robótica. Finalmente, se apuntantendencias futuras de la automatización Para acabar con unas breves conclusiones.

1.2. EL ORIGEN DE LOS AUTOMATISMOS

Desde la antigüedad, el hombre se ha sentido fascinado por las máquinas que se mueven por sísolas, y en la antigua cultura egipcia se las describió por primera vez como autómatas. En la historiaclásica, a los autómatas que mostraban un comportamiento similar al ser humano se les consideróanimales míticos o dioses.

En la Grecia de Aristóteles, aparecieron los primeros mecanismos que se movían a través dedispositivos hidráulicos, poleas y palancas. Pero no fue hasta mucho más tarde cuando el

perfeccionamiento de la mecánica permitió construir autómatas complejos. Principalmente seconstruyeron en cinco áreas: monumentos religiosos e históricos, modelos de astronomía, dispositivospara el entretenimiento, mesas decorativas y androides (hombres mecánicos). El primer autómatadigno ge mención fue el gallo de la catedral de Estrasburgo (construida en 1354) que aparece, al darla hora, batiendo las alas y cantando.

Los siglos XVII y XVIII fueron la edad de oro de los autómatas por el desarrollo de la mecánica deprecisión requerida en la fabricación de relojes. Uno de los mayores logros fue realizado por J.

Vaucanson que, no contento con la construcción de un modelo de telar mecánico, en 1738 expuso enParís una serie de autómatas entre los que destacaba un pato que según la propaganda bebía, comíadigiriendo y evacuando el alimento, chapoteaba sobre el agua y graznaba. A partir de¡ siglo XVII, empezaron a aplicarse las ideas de los autómatas a las primeras máquinas de

la industria textil. Desde ese momento se puede decir que había empezado la mecanización yautomatización de los procesos industriales.

1.3. LA PRIMERA EPOCA DE LA AUTOMATIZACION DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES

La era de los autómatas destinados a entretener a las cortes acabó pronto y las ideas plasmadas porellos fueron recogidas por los industriales del siglo XVIII, que se dieron cuenta de la importancia de laautomatización de las fábricas, es decir, la producción sin intervención humana.

Fue en ese momento cuando se empezaron a desarrollar los dos elementos básicos que inciden en laautomatización de los procesos industriales: los sistemas de control que permiten gobernar elfuncionamiento de las máquinas y las máquinas automáticas que realizan las operaciones de


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producción. Veamos a continuación una breve panorámica histórica de la evolución de la primeraépoca.

1.3.1. El control automático

La automatización de los procesos industriales comenzó con la necesidad de almacenar la secuenciade operaciones y de los tiempos de aplicación de las mismas. El primer método no se hizo esperar, y

uno de los que alcanzó mayor fama por tu simplicidad fue la programación por levas. Se crearondiversos dispositivos, y entre los más corrientes destaca un cilindro al que se colocan piezas metálicassegún la secuencia que se quiera programar. Al rodar el cilindro ajusta mecánicamente las posicionesde las palancas o elementos de la máquina. La primera de ellas a la que se aplicó dicha programaciónes el torno de T. Blanchard (1822), que producía piezas de armas de fuego a partir de unos patrones.La utilización de este tipo de mecanismos se extendió rápidamente y aún ahora los podemos ver endiversas industrias, por ejemplo en las textiles. El control del programa mediante dispositivosmecánicos como el comentado, tiene limitaciones importantes cuando se exige alta velocidad,diversos grados de movimientos, sensibilidad y reducido tamaño. Por estas razones a finales del sigloXIX se modificaron los dispositivos de control mecánico por otros basados en sistemas eléctricos,hidráulicos y neumáticos.

En los procesos industriales se requiere uniformidad y calidad en la fabricación de productos. Paraello se deben tomar medidas de las variables críticas y modifica el proceso cuando existendivergencias con los valores prefijados. A este principio -se le denomina realimentación (feedback), yes el elemento neurálgico de todo sistema de control automático. Está claro que no en todos loscasos se requiere, pero es imprescindible cuando se busca precisión y calidad.

Los primeros estudios sobre regulación automática (la incorporación de realimentación en losprocesos) empezaron en el siglo XVIII, y fue Watt en 1769, el que demostró su utilidad al diseñar yaplicar un regulador centrífugo de velocidad, en el control de máquinas de vapor. A partir de estemomento se utilizaron masivamente reguladores, pero pronto se detectaron problemas al quereraumentar la precisión. El problema provenía de las oscilaciones que presentaba el regulador enfuncionamiento. La solución tardó cierto tiempo, debido a la falta de una teoría sobre control. Elprimer estudio serio fue realizado por J.C. Maxwell en 1868.

Desde los comienzos de nuestro siglo hasta la Segunda Guerra Mundial la aparición de grandessistemas de generación eléctrica y de industria química, acrecentó la demanda de sistemas deregulación y control. En este período los criterios de estabilidad de Routh y Hurwitz, de finales del

siglo XIX, adquirieron gran importancia y además se empezaron a utilizar los reguladores del tipo PID(proporcional, integral y derivativo). En 1932 Nyquist, marcó un hito en la teoría de control-permitiendo con su método determinar el comportamiento de un sistema realimentado, mediante surespuesta frecuencias en anillo abierto (sin realimentación). A este estudio se añadieron los de Bodey Black, con lo que se logró el asentamiento completo de los métodos de análisis frecuencial.

Como elemento adicional a los reguladores para el control de grandes máquinas, apareció elconcepto de servomecanismo. Fue introducido por J. Farcot en 1 873 para describir un sistema deregulación automático que se vale de un motor controlado por el sistema, para transmitir la potencianecesaria a los mecanismos bajo su control; un ejemplo es el control de las válvulas de motoresmarinos. Aparte de los dispositivos mecánicos que permiten almacenar programas, se ideó en 1725 un

sistema que se basa en una cinta o tarjeta perforada. Fue utilizada por primera vez por B. Bouchon,en Francia, para seleccionar de forma automática las agujas de tejer de una máquina textil. Más

tarde, Jacquard utilizó el mismo sistema en telares industriales, máquinas que alcanzaron granpopularidad porque permiten incluir dibujos en los tejidos lisos.El siguiente avance en la utilización de cintas perforadas fue en un proyecto de investigación de MIT

(Massachusetts Institute of Technology) para las fuerzas aéreas de los Estados Unidos (año 1950).En este proyecto se desarrollaron las primeras máquinas de control numérico en las que las posicionessucesivas de las herramientas, mesas posicionadoras, velocidades y alimentadores eran indicadas poragujeros en la cinta. Para ello se usaron de cuatro a ocho dígitos (posiciones) que daban unadiscriminación adecuada.

1.3.2. Las máquinas automáticas


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Las primeras datan de principios de¡ siglo XVIII y fueron principalmente desarrolladas para laindustria textil. Hasta 1802 no se dispuso de máquinas para la producción de piezas discretas y unade éstas fue desarrollada por M. Brunel para la fabricación de poleas. La máquina realizaba todas lasoperaciones hasta obtener la polea y tuvo mucho éxito porque redujo el número de operarios a unadécima parte.

Uno de los hitos en el progreso de la automatización en la industria fue la máquina transfer. Sebasa en un número determinado de estaciones de trabajo, cada una de las cuales realiza una tarea

específica, montadas sobre una base común que dispone de un sistema de alimentación integral quetraslada automáticamente el producto acabado de una estación a otra. La máquina transfer integrados partes esenciales en la automatización: la máquina automática y el transporte del producto entremáquinas.

El principio de las transfer fue aplicado inicialmente por la compañía Waltham Wacth en 1888, perola primera máquina se utilizó en la industria del automóvil en 1924. A partir de 1930 se extendió suuso a todas las industrias de automóviles y poco más tarde entró a formar parte en las industrias dedispositivos eléctricos y en otras con gran volumen de elementos discretos.

Un importante paso en la automatización de procesos fue la introducción del movimiento continuo,que permite procesar un producto mientras se traslada. Este es un concepto que no se puede aplicara cualquier tipo de industria, pero que tiene gran importancia en determinados casos, por ejemplo enla fabricación de productos químicos.

La industria del papel fue una de las primeras en introducir el movimiento continuo. De 1804 a1833, el Deptford Victualling Department de la British Navy modificó el proceso de fabricación depapel, mecanizándolo e incorporando cintas transportadoras propulsadas por motores a vapor, queservían para trasladar el producto a los hornos.

No tardó mucho tiempo hasta que la idea del proceso continuo pasará a las cadenas de ensamblaje.Fue H. Ford quien en 1913 creó una cadena de montaje de magnetos. Inmediatamente, gracias aléxito obtenido por la reducción de personal y la mejora de calidad del producto, aplicó la mismatécnica al montaje de chasis de automóviles. Al cabo de poco tiempo, en 1920, la demanda de productos de alto volumen de producción se

acrecentó, y definitivamente se implantó la cadena de ensamblaje como elemento imprescindible.

1.4. HISTORIA RECIENTE: LA INCORPORACION DEL COMPUTADOR Y DEL ROBOT EN LA INDUSTRIA

Después de la Segunda Guerra Mundial, la automatización de los procesos industriales había dado un

gran salto hacia adelante, pero empezaba a vislumbrarse el estancamiento en que entraba laindustria, por el aumento de complejidad y rigidez en las instalaciones y máquinas, así como la faltade sistemas de control adecuados. Por otro lado estaba la gestión de la empresa, que a medida queaumentaba el número de piezas de un producto, implicaba un papeleo y una ingente comunicaciónverbal, que en muchos casos casi había llegado a colapsar la fabricación. Además, con la necesidad de crear nuevos productos, el diseño de sus componentes comenzaba a

ser problemático y muy costoso. No era cuestión de pequeñas modificaciones de unos meses, sinoque en muchos casos requería un año entero diseñar un nuevo producto, con el consiguiente costeeconómico y riesgo de llegar tarde al mercado.

La posible solución a estos problemas vino con la aparición de los computadores, y de¡ gran avanceen las técnicas de la teoría moderna de control.

Los computadores se perfilaron desde el primer momento como elementos neurálgicos en aspectostan importantes como son la gestión de la producción, el diseño de nuevas piezas y el control de

procesos. La primera ha facilitado el correcto transvase de información, el conocimiento de lasexistencias de primeras materias y de productos manufacturados, las operaciones que faltan porrealizarse para los diversos productos en fábrica, etc. El diseño de nuevas piezas ha venido a ser unpunto clave en las industrias de productos discretos (la del automóvil, electrodomésticos,computadores) al reducir drásticamente el tiempo de creación de una pieza así como su conexión alas máquinas que la fabrican. Finalmente, el control de procesos mediante computador ha permitidomejorar espectacularmente la calidad, el grado de seguridad, y reducir al propio tiempo el costeenergético y los costes de producción y mantenimiento.

La incorporación de los robots en la industria ha hecho cambiar el enfoque de la organización de losprocesos productivos y la inversión en maquinaria especializada. Ahora, la industria no requiereorientarse a procesos que realizarán seres humanos sino a dispositivos versátiles y reprogramables.


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Por otro lado, en numerosos casos no se precisa comprar máquinas dedicadas a una tarea concretaya que pueden ser substituidas por un conjunto de robots. Este es el caso de las antiguas máquinasde soldar carrocerías de automóvil, que ahora se han convertido en una serie de robots que puede serreprogramados para soldar otros tipos de vehículos sin que sea necesario cambiar la maquinaria.En tercer lugar, está el gran avance en la automática. A partir de 1950 nuevas ideas surgieron en elcampo del control. La teoría clásica de los sistemas realimentados se extiende al estudio deperturbaciones aleatorias y de sistemas no lineales. Se incorpora un nuevo tipo de representación

basada en el concepto de estado, y Kalman introduce las nociones de gobernabilidad y observabilidad,aparte de desarrollar un filtro (con Bucy en 1961) que ha encontrado un amplio campo de aplicación.De aquí y gracias a un rápido desarrollo de los microprocesadores y a su reducido coste, se ha puestoen práctica el control jerarquizado que permite asignar tareas de control con diferentes niveles deresponsabilidad. Ahora vamos a describir rápidamente la evolución de los debido sobre todo al reducido coste, la idea

del control computadores en los procesos industriales, así como la experimentada por los robots. Enesta última haremos una descripción más detallada de su historia.

1.4.1. La evolución de¡ computador en los procesos industriales

La era de los computadores comenzó, desde un punto de vista práctico, con el desarrollo de uncalculador (ENIAC) para la elaboración de datos necesarios en la construcción de bombas atómicas.Sin embargo, la primera aplicación industrial no llegó hasta los años cincuenta cuando se introdujeronlos transistores como elementos básicos de un computador.En 1959, la compañía Texaco (EE.UU.) utilizó uno de los primeros computadores, el RW-300 de

Thompson-Ramo- Woolridge, para controlar una unidad de polimerización que producía 1.800 barrilespor día. Un año más tarde varias empresas se dieron cuenta de su potencia y aun a pesar de sucoste y poca capacidad, los introdujeron en la fabricación. Así en 1960, fue implementada la primera línea de producción de resistencias controlada porcomputador. Esta línea incluía aspectos interesantes: realizaba el control automático de la produccióny además adicionaba la inspección, ensamblaje y verificación de las resistencias.Inicialmente se planteó el control de los procesos a partir de un único computador que lo aglutinase

todo. Por un lado, a velocidad de computador era la adecuada para tratar secuencialmente todos loslazos de control de realimentación de proceso. Asimismo, el software era capaz de realizar losalgoritmos más complejos. Sin embargo, debido al alto coste de los computadores y a su baja

fiabilidad, el control a partir de un único computador (o también llamado control directo) no fueampliamente adoptado. Más tarde, a la luz de los resultados observados con el control directo, pudocomprobarse que para casos complejos este sistema no era apropiado, ya que el rendimiento decomputador se reducía drásticamente y, por otra parte, el control se complicaba enormemente.

En la década de los sesenta se empezó a estudiar el control de los procesos industriales bajo elprisma de diferentes niveles dentro de una jerarquía. Pero no fue hasta finales de esta década que elcontrol jerárquico pasó de la teoría a la práctica gracias a la introducción de los microcomputadores.

En 1970, la compañía Intel introdujo el primer microprocesador, el 4004, destinadoexclusivamente para calculadoras. A partir del éxito que obtuvo, se desarrollaron diversasestructuras de microprocesadores llegándose a crear hasta tres generaciones en esa década. Coneste potencia y debido sobre todo al reducido coste, la idea del control jerárquico se pudomaterializar y con ello se pasó del control de todos los elementos por un solo computador, a unmicroprocesador por elemento (por ejemplo, uno por cada rodillo de un laminador de chapa caliente).Entre las ventajas que trajo el control jerárquico destacan la velocidad de respuesta, la posibilidad deautodiagnosticarse y conmutarse en caso de fallo, y la simplicidad del control.

No sólo se desarrolló el control de los procesos industriales en los años sesenta sino que aparecióuna nueva rea de aplicación desconocida hasta el momento. Era el diseño de piezas por ordenador,es decir, la descripción detallada de una pieza as¡ como su proceso de mecanización, gracias a lainteracción hombre-computador. Los primeros estudios datan de esa época, en la que ingenieros dela compañía General Motors Corporation (EE.UU.) construyeron un sistema de diseño asistido porcomputador ayudados por especialistas en programación de la compañía IBM. El sistema constabade un tablero en donde un ingeniero de proyectos utilizaba una pluma sensible a la luz para activarlo.

El computador estaba preparado para que a partir de los trazos aproximados del diseñador,reconstruyera la pieza siguiendo unas pautas estipuladas.


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Más tarde se incorporó al diseño asistido por computador (también llamado CAD, Computer AidedDesign), la posibilidad de integración en la fabricación, es decir, asistir al diseñador para que deforma automática pueda obtener el programa de mecanizado de las máquinas-herramienta queintervienen, y de la manipulación, ya sea por dispositivos especiales o por robots. A este segundo tipode diseño se le denomina CAM, Computer A¡ded Manufacturing.

Otra rea que no se ha comentado, pero que tiene destacada importancia desde el punto de vistade la producción, es la gestión de la fabricación. En ésta se integran las tareas de seguimiento de los

almacenes de primeras materias y productos acabados, las de planificación de la producción y las deseguimiento del género en fábrica.También la introducción de los microprocesadores en la industria ha motivado un gran cambio en el

diseño de muchos dispositivos. Por ejemplo, los sensores y actuadores han pasado de estar basadosen sistemas analógicos al control por microprocesador, lo que les ha conferido mayor exactitud,calidad y les ha dotado de características no consideradas hasta el momento.

1.4.2. La evolución de la robótica

En la mitología griega ya se consideraba la posibilidad de construir dispositivos mecánicos concomportamiento similar al humano, pero su aparición en forma de robots no ha sido posible hasta ladécada de los sesenta. La causa de¡ retraso es evidente, hasta la aparición de¡ computador, delcontrol automático y de los metales suficientemente ligeros no se han podido construir robots.Una vez se han dispuesto de los elementos mecánicos adecuados para su desarrollo, los robots hanido evolucionando muy rápidamente y las razones han sido diversas, pero principalmente el factor quemás ha influido es el económico, aunque las mejoras en la productividad, calidad, seguridad yflexibilidad también han jugado un papel importante. Las tareas con muy poco volumen de produccióno por lo contrario las de mucho volumen, son todavía poco apropiadas para los robots porque sondemasiado caros o lentos para esos trabajos.

La aplicación de los robots a la industria ha incidido desde sus comienzos en la soldadura,manipulación, ensamblaje, pintura, desbarbado y mecanizado. Las industrias que más interés hanpuesto en su robotización son las de automóviles así como las de productos discretos debido a laposibilidad de reducir mano de obra.

En lo que sigue se va exponer la evolución de la robótica desde los años cincuenta hasta laactualidad, dividiéndola en tres generaciones que nacieron en la misma época, y que han idodesarrollándose paralelamente. La razón estriba en el carácter multidisciplinar que constituye la

robótica.Los primeros estudios sobre robots datan de la década de los años cincuenta como colofón de los

programas de investigación nuclear, en los que se desarrollaron brazos mecánicos (con dos o másarticulaciones) para realizar operaciones delicadas, a distancia, con materiales radiactivos. Estosbrazos eran guiados directamente por una persona situada en la parte posterior de un escudoprotector de cristal. En algunos casos el operador humano estaba en otra habitación desde la cualdirigía y, observaba, por medio de un monitor de TV, las operaciones que realizaba. Por ello a estossistemas controlados remotamente se les ha denominado teleoperadores. A principios de los años sesenta, se pensó utilizar brazos mecánicos semejantes a los descritos, pero

que pudieran ser programados para repetir una secuencia de operaciones. A estos dispositivos cuyaestructura está compuesta por un brazo mecánico poliarticulado, con un elemento terminal (una pinzapor ejemplo), y una unidad de programación, se les denominó manipuladores programables. Losmanipuladores se caracterizan por disponer de articulaciones mecánicas que tienen un desplazamiento

longitudinal o de rotación del tipo todo o nada (de tope a tope del recorrido), y que su unidad deprogramación está basada, generalmente, en una mesa de interruptores.Los manipuladores, ya desde sus inicios, tuvieron mucha aceptación en la industria por su

simplicidad, versatilidad y bajo costo. En la actualidad los manipuladores programabas compiten endiversas áreas con los robots, y son utilizados antes que éstos si la tarea es suficientemente sencilla,es decir, si sus trayectorias son simples. Sus aplicaciones están principalmente en las tareas demanipulación de piezas, por ejemplo para la carga y descarga.

La problemática de los manipuladores reside en que normalmente para muchos trabajos en laindustria, se requieren trayectorias complejas, y que en la programación se precisan instrumentos queno pueden ser implementados con interruptores. Por estas razones el paso siguiente fue la evolucióna sistemas más completos. Se substituyeron las articulaciones todo o nada por servocontroles que


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estaba programada de antemano, pero en el caso que ocurra un imprevisto, la caída de un objeto enel área de trabajo, necesitan la ayuda de un operador humano. Para superar la eventualidadcomentada el robot necesita tener un sistema de planificación automática, que es la característicabásica de los de la tercera generación.

Una de las aplicaciones que mejor queda definida por estos robots, es el ensamblaje automático. Enella el operador puede definir completamente todas las operaciones, el entorno, y los objetos queintervienen, y el robot mediante el sistema de percepción trata de realizar con éxito la tarea.

El precursor de los robots de esta generación fue desarrollado en MIT, en 1960, por H. Earnst.Transformó un brazo mecánico diseñado para trabajos relacionados con la energía nuclear,incorporándole servomecanismos y sensores. Le incluyó sensores de presión para detectar lapresencia de objetos en la pinza y fotocélulas para determinar la existencia de objetos oscuros en sucercanía. Utilizando estos sensores implantó un programa para que el robot buscara objetos negrosencima de la mesa y los introdujera dentro de una caja. A partir de entonces se empezaron a estudiar y diseñar nuevos métodos y sensores para sistemas

de percepción a distancia (visión, proximidad, etc.) y por contacto (tacto) . La visión ha sido sin dudael sistema que más auge ha obtenido por su amplio espectro de aplicaciones, aunque es el quecomporta mayor grado de complejidad. En él se conjugan los problemas de la física del entorno y delos dispositivos, con aspectos cognoscitivos que están intrínsecamente ligados a la interpretación de laescena que se percibe.

En robótica, la visión se utiliza para reconocer los objetos de una escena con el fin de clasificarlos ysituarlos en el espacio, para inspeccionar objetos de forma que los defectuosos sean separados de losbuenos, o para aprehender nuevos objetos. En la visión intervienen tres procesos fundamentales,normalmente denominados: adquisición, tratamiento e interpretación. Estos procesos se basan entécnicas de procesado de imágenes, reconocimiento de formas e inteligencia artificial.

Desde el punto de vista tecnológico, los primeros resultados alentadores en visión se obtuvieron enun proyecto realizado en 1970 en Stanford Research Instituto (EE.UU.) sobre escenas en dosdimensiones (2D), es decir sólo utilizando proyecciones planas de la escena. Como consecuencia deeste proyecto y de muchos otros desarrollados posteriormente, hace pocos años han empezado a saliral mercado sistemas sencillos de visión 2D que no resuelven de forma completa el problema delreconocimiento de objetos, pero que consiguen resultados satisfactorios cuando se tienen controladosdeterminados factores, entre ellos la iluminación y el fondo. Paralelamente al estudio de técnicas de

reconocimiento de objetos 2D, se han investigado y desarrollado métodos para el caso 3D por elhecho que los primeros presentan ambigüedades inherentes a ellos. El estudio de técnicas para 3D esbastante reciente y en la actualidad se está investigando en tres áreas, que son: la adquisición de lainformación 3D a partir de técnicas de estereoscopia, láser, luz estructurado, etc.; la representación yvisualización de objetos reales por medio de modelos volumétricos, de fronteras, etc. y lainterpretación que utiliza técnicas de reconocimiento de formas e inteligencia artificial.

Por lo que se refiere a los sensores táctiles la evolución ha sido más lenta. Los primeros estudiosdatan de la década de los sesenta donde diversos centros estudiaron sensores de fuerza yresbalamiento. Años más tarde, gracias a la aparición de nuevos materiales con propiedades idóneaspara utilizarse como sensores (cauchos y polímeros conductores, compuestos piezoeléctricos) seestudiaron sensores para reconocer objetos así como para controlar los movimientos de acomodaciónactiva. En la actualidad ya se dispone de dispositivos de acomodación activa, aunque no han sidointegrados en los robots de forma eficaz, por falta de sistemas de control avanzados con altas

prestaciones en velocidad de respuesta. Con respecto a los sensores táctiles aplicados alreconocimiento de objetos, se están estudiando diversos diseños entre los que se encuentran lasllamadas pieles artificiales.

El sistema de gobierno ha avanzado notablemente en el transcurso de los años, al incorporar lasnuevas generaciones de microprocesadores y los nuevos lenguajes de programación. Además lacomunicación entre el robot y su entorno exterior también ha adquirido gran relevancia.

La comunicación es uno de los elementos más importantes de los robots, mediante ella puedenintercambiar información con las máquinas, con otros robots, y con el ser humano. La funciónprincipal de la comunicación es facilitar la forma de intercambiar información con todo su entornoexterior. Normalmente, se consideran dos niveles de comunicación: la de hombre-máquina queincluye la programación del robot y la adquisición de conocimientos, y la de máquina-máquina que


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engloba el intercambio de información entre robots o máquinas. Veamos a continuación una breverevisión de la evolución de los lenguajes de programación de robots.

Los primeros lenguajes de programación fueron de tipo gestual, y su principio está basado en lamemorización de las posiciones de la secuencia que el robot va a seguir. En general esto serealiza mediante la especificación de movimientos incrementales o moviendo el robot a lasdiferentes posiciones. Un gran avance en los lenguajes para robots han sido los de tipo explícito oa nivel de robot. Se diferencian de los anteriores porque utilizan información sensorial para

modificar el movimiento de] robot, admiten funciones de alto nivel, y algunos lenguajes permitenla ejecución concurrente de procesos, sea para sincronizar máquinas o para realizar diversas tareasen paralelo. Desde el primer lenguaje explícito hasta los actuales AL, VAL-2, AML, PAL, MCL yMAL, ha habido importantes cambios.

Un tercer tipo de lenguajes son los de nivel de tareas. Permiten especificar tareas en términos deoperaciones sobre los objetos que intervienen. De momento no se ha desarrollado ningún lenguajecompleto a nivel de tarea, pero existen una serie de ellos que incorporan características de los de estenivel, como son el LAMA, AL y AUTOPASS.

El control de ejecución es también uno de los elementos importantes dentro del sistema degobierno. Se trata del elemento de control del plan existente, mediante el cual se conduce al robotpara que siga la secuencia estipulada. En caso de errores, fallos menores a causa del robot o de losdispositivos, o de imprevistos (situaciones no consideradas en el plan), el control de ejecución tieneque evaluar y restaurar el plan siempre que pueda.

La evolución del control de ejecución ha sido muy lenta y hasta ahora solamente se hanimplementado métodos heurísticos, basados en cada problema en particular, por falta de sistemas depercepción adecuados y de investigaci6n en los sistemas de evaluación y restauración. Uno de losejemplos más característicos es el robot Shakey que veremos seguidamente en los de la tercerageneración.

Finalmente, cabe afirmar que la segunda generación de robots está lejos de estar madura y quetodavía se requieren grandes esfuerzos para que lleguen a ser una realidad práctica.

Los robots de la segunda generación tienen en principio mucho mayor potencia¡ de aplicación quelos de la primera. En primer lugar, no se requieren accesorios de preparación de las piezas para lamanipulación, pues. el sistema de percepción realiza esta tarea. Por otro lado, pueden controlarcontinuamente las tareas que están realizando, por ejemplo en el seguimiento de la soldadura (figura1.10). Otros campos de 'aplicación son en el mantenimiento de instalaciones ubicadas en áreaspeligrosas, el trabajo en minas y los trabajos en el espacio.

La tercera generación de robots presenta una notable diferencia con los de la segunda. El robot no

solamente interacciona con el entorno sino que se adapta a él y además puede generar sus propiosplanes de acción. En este caso, los robots no precisan de un plan preestablecido sino del estadoinicial y del final que tienen que alcanzar. Cuando se encuentran con situaciones imprevistas, puedenrehacer el plan para llegar a la meta final. Entre los aspectos más importantes que se incorporan enestos robots, están los planificadores automáticos y el sistema de aprendizaje.Una definición que especifica adecuadamente a este tipo de robots y que también incluye a los de lasegunda generación es la siguiente: “una estructura mecánica poliarticulada gobernada por uncomputador central, que tiene la capacidad de interaccionar con su entorno, planificar y controlar susacciones, y que adquiere sus conocimientos por autoaprendizaje, con o sin profesor o porprogramación externa”.

En el período 1968-1972 se desarrolló en Stanford Research Instituto (EE.UU.) un robot llamadoShakey que incorporaba el planificador automático STRIPS. Este robot es un vehículo motorizadoprovisto de una cámara de televisión, de sensores de distancia y detectores de choque y está

controlado por telemando desde un computador central. Su meta es desplazar objetos prismáticosentre varios recintos comunicados por puertas. Para ello dispone de¡ planificador automático y delcontrol de ejecución que hace las tareas de supervisión y control global del robot. Únicamente apartir del estado inicial y del conocimiento de los objetos de su entorno así como del recinto, llega auna meta establecida mediante la generación de un plan de acciones adecuado y de la supervisión delmismo.

Pocos años más tarde, fue construido en Berkeley (EE.UU.) el robot Jason que también es unvehículo motorizado que además incorpora un brazo manipulador. En el robot se incluye una cámarade TV, captadores de contacto y de proximidad. Este robot al igual que el Shakey se utilizó paracomprobar el funcionamiento de un robot en un universo incierto.


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Aparte de estos robots, se han desarrollado otros entre los que destacan el robot Hilare (Francia),similar al Jason, y el robot de exploración del planeta Marte, desarrollado pero no acabado por faltade financiación, por el Jet Propulsion Laboratory (EE.UU.) Los componentes más importantes de estageneración son el planificador, el control de la ejecución y el aprendizaje. La evolución de losplanificadores empezó con McCarthy, en 1 958, que propuso usar métodos formales para resolverproblemas de robótica. Años más tarde se desarrolló el STRIPS que fue el primer generador deplanes que tuvo éxito a nivel práctico. Posteriormente se estudiaron otros que mejoraban

enormemente la eficacia del planificador, tanto a nivel de tiempo de cálculo como de resultados, Dosde los planificadores importantes son el NOAH y el MOLGEN, este último presentado en 1980.Con respecto al sistema de control de la ejecución, su evolución no ha sido tan rápida pues ha ido

desarrollándose a la par que los robots experimentales. El iniciador fue, sin duda, el implementado enel robot Shakey y los siguientes han seguido el orden de aparición de los otros robots. En laactualidad se están diseñando sistemas de control de ejecución para diversas tareas, entre ellas elensamblaje automatizado.

En este momento no existe ninguna aplicación industrial de esta generación de robots,principalmente por la falta de sistemas de percepción adecuados Y por la lentitud de los ordenadorespara obtener un plan en un reducido tiempo de cálculo. Se espera que la quinta generación decomputadores permita resolver dicho problema.

1.5. EL FUTURO DE LA AUTOMATIZACION DE LOS PROCESOS INDUSTRIALES

Fue en 1950 cuando la compañía Ford Motor anunció la primera fábrica automatizada en el mundopara la producción de motores. Aunque la fábrica no era automática, empleaba a más de 4500personas y no utilizaba realimentación en ningún proceso, fue la primera vez que se introdujeron unaserie de elementos básicos de la industria automatizada (alimentadores de máquinas automáticas,movimiento continuo por medio de cadena de ensamblaje, incorporación de diferentes estaciones detrabajo en una máquina, etc.). Ahora ya se vislumbra que la utopía de una fábrica completamente automatizada puede ser realidad

en un futuro no muy lejano. Una fábrica de este tipo estará compuesta por una serie de máquinasespecializadas, sistemas de fabricación flexible, almacenaje automatizado y robots de transporte ymanipulación, todo ello controlado por una jerarquía de computadores distribuidos en la fábrica ysupervisados por los operarios.

La incidencia de la automatización modificará en diferente grado las fábricas actuales. La

fabricación de procesos continuos, en donde la automatización ha alcanzado cotas muy elevadas, sebeneficiará sobre todo en los procesos de planificación de la producción, en la organización de lainformación del producto y en la inspección, es decir, el control de calidad.

Dentro de las fábricas de productos discretos (automóviles, electrodomésticos, etc.) es donde seproducirán mayores cambios. Esta incidencia tendrá lugar en: el diseño del producto, la planificaciónde la producción, la producción de piezas, su manipulación, su inspección, el ensamblaje de partes deobjetos y la organización de la información de la producción.

En el diseño del producto, tal como se comentó en el apartado anterior, el diseñador asistido por elcomputa o podrá generar las piezas más adecuadas según los criterios que se establezcan y lasrestricciones propias del proyecto.

La planificación de la producción es un aspecto de gran importancia en la fabricación. En lasfábricas automáticas de nuevo se utilizará la interacción con el computador para lograr el plan,,optimo de producción a partir de los datos de las piezas diseñadas, de los recursos que se dispongan

y de las prioridades de cada trabajo.La producción de piezas se realizará en una o varias estaciones de trabajo controladas porcomputador. En esta fase los sistemas de control juegan un papel importante así como los decorrección de errores e imprevistos.

En el ensamblaje de piezas, máquinas especializadas, robots y otros dispositivos agrupados enestaciones de trabajo realizarán las tareas que de nuevo serán controladas por el computador deproceso.

La manipulación de piezas, es decir, la carga, descarga transporte de piezas, estará realizada pordiversos dispositivos, entre ellos las cintas transportadoras y los robots.

La inspección de piezas se hará por medio de sistemas de percepción y dispositivos de medición,que conjuntamente controlarán la calidad de las mismas.


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Finalmente está la automatización de la información de la producción que será gestionada por elcomputador, por ejemplo para controlar las existencias y los pedidos, y planificar las diversas tareas. Algunos de los puntos comentados ya son realidad en nuestros días, pero su integración completa

está todavía en fase de estudio. A la par de lo comentado van a tener mucha incidencia los llamadosSistemas Expertos, que son una rama práctica de la inteligencia artificial. Estos sistemas estánconstituidos por una base de datos en donde se han incorporado reglas y estrategias en el dominio deun problema, y unas técnicas de deducción e inferencia. En la actualidad se están utilizando para

diagnosticar enfermedades y para el diseño de configuraciones de computadores, entre otras. Susposibles aplicaciones están en el mantenimiento de máquinas, la planificación de tareas, ayudas a latoma de decisiones, etc.

1.6. CONCLUSIONES

La automatización de los procesos industriales ha ido evolucionando a medida que la fabricación deproductos ha requerido reducción de costes, aumento de productividad y mejoras en la calidad: Laprimera época de la automatización estuvo marcada por la aplicación de dispositivos capaces decontrolar una secuencia de operaciones y el comienzo de¡ estudio sobre la regulación automática.

Además, a nivel de empresa, se desarrolló el concepto de producción continua tanto para lafabricación de productos típicamente continuos (el alcohol) como para los de tipo discreto.

La segunda época, desde la Segunda Guerra Mundial hasta nuestros días, se ha caracterizado por laaparición de la microelectrónica y con ella la de los computadores, y a su vez por el gran avance de lateoría del control. También en esta época, la introducción de los robots industriales en la fabricaciónde series pequeñas y medianas ha incrementado sustancialmente la flexibilidad y autonomía de laproducción.

El futuro se muestra halagüeño fundamentalmente por la introducción de las células de fabricaciónflexible y el gran avance de los computadores y de los robots. Todo ello lleva a pensar que en unfuturo próximo la “fábrica automática” será una realidad.

Con respecto a las aplicaciones de la automatización total, sobre todo en los aspectos sociales, estodebería ser tema de estudio para los organismos pertinentes, pero si nos basamos en la historia, losefectos de la misma pueden ser atenuados con una adecuada política de reconversión.

Enfoque de la automatizacion en procesos administrativos

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