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Automatización

Es la tecnología utilizada para realizar
procesos o procedimientos sin la ayuda
de las personas.
Sistemas de
manufactura
Tecnologías de
automatización
y control
Tecnologías
de manejo de
materiales
Instalaciones
Sistema de Producción
Sistemas de
control de
calidad
Sistemas de
soporte a la
manufactura
Sistemas de
soporte a la
manufactura
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.
(1)
Energía
(2)
Programa de
Instrucciones
(3)
Sistemas de
Control
Proceso
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.
Procesos comunes de manufactura y sus requerimientos de energía
Proceso
Forma de energía
utilizada
Moldeado
Térmica
Maquinado por
descarga eléctrica
Eléctrica
Forjado
Mecánica
Templado
Térmica
Moldeado por
inyección
Térmica y mecánica
Corte por láser
Luminosa y térmica
Maquinado
Mecánica
Troquelado
Mecánica
Soldadura
Térmica
Acción lograda
Funde el metal antes de colocarlo dentro de moldes donde
ocurre su solidificación
A través de descargas eléctricas, se remueve material de la pieza
ocasionado por altas temperaturas
Se logra a través de modificar la forma original de un metal
presionado entre dados, generalmente a altas temperaturas
La piezas se calientan por debajo de su punto de fusión para que
las moléculas unifiquen su estructura interna
Un polímero transformado a consistencia plástica mediante
calor, se inyecta en un molde para que tome la forma de éste
El rayo láser crea una vaporización y fundición de los metales
por los que pasa, haciendo cavidades al paso de su haz
Se elimina el material sobrante mediante el movimiento relativo
de las piezas contra las herramientas y viceversa
Mediante dados y sellos, las partes metálicas toman su forma
A través del calor se funde una parte del metal de la pieza
metálica para adherirse a otra
Energía para Automatización

Se requiere energía para las siguientes funciones.
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

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.

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-
-
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.
Características de Ciclos de Programas de Trabajo usados
en Sistemas Automatizados
Característica del
programa
Pasos en el ciclo de
trabajo
Ejemplos o Alternativas
Ejemplo: Pasos secuenciales típicos (1) carga, (2) proceso (3) descarga
Alternativas:
 Un parámetro VS muchos parámetros que deben ser cambiados durante el paso
Parámetros de proceso
 Parámetros continuos VS parámetros discretos
en cada paso
 Parámetros que cambian durante el paso, por ejemplo, un sistema de
posicionamiento cuyos valores de ejes cambian durante el proceso
Alternativas:
 Pasos manuales VS pasos no manuales (ciclo de trabajo completamente
Pasos manuales en el
automatizado)
ciclo de trabajo
Ejemplo:
 Carga y descarga de partes desde y hacia la máquina por un operador
Alternativas:
 Integración del operador VS ciclo de trabajo completamente automatizado
Interacción con el
Ejemplo:
operador
 El operador ingresando información de proceso para la parte trabajada
actualmente
Alternativas:
Partes diferentes o
 Partes idénticas o estilos de trabajo en cada ciclo (producción en masa o por
estilos de productos
lotes) VS partes diferentes o estilos de producto cada ciclo (automatización
flexible)
Variaciones en las
Ejemplo:
unidades de trabajo
 Variaciones en las dimensiones iniciales o características de partes.
inicial
Sistemas de Control

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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.
Parámetro
de entrada
Controlador
Actuador
Sensor de
Retroalimentación
Proceso
Variable
de salida
Entrada de
motor
valor
dado
Controlador
Mesa de trabajo
Motor
Codificador
óptico
Señal de retroalimentación al controlador
Sistema de Posicionamiento (en un eje) que consiste en un
tornillo de posicionamiento operado por un servo motor de
corriente directa
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.
Parámetro
de entrada
Controlador
Actuador
Proceso
Sistema de Control de Ciclo Abierto
Variable
de salida
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.
Pasos para la detección de errores en una celda integrada de
manufactura: Categorías de los errores y posibles
malfuncionamientos que estas causan
Categorías de errores
Maquinaria y procesos
Herramientas de corte
Accesorios de sujeción
Unidad de
almacenamiento de
partes
Robot de carga y
descarga
Posible Malfuncionamiento
Pérdida de la energía, sobrecarga de energía, deflección térmica, temperatura de
corte muy alta, vibración, falta de refrigerante, programa equivocado, parte
defectuosa
Desgaste de la herramienta, rompimiento de la herramienta, vibraciones, falta de
herramienta, herramienta equivocada
Parte fuera del accesorio, pinzas sin actuar, parte movida durante el maquinado,
rompimiento de la parte
Parte a trabajar ausente, parte a trabajar equivocada, parte a trabajar que excede las
dimensiones o que no cumple con las mismas
Sujeción impropia de la parte a trabajar, el robot tira la parte a trabajar, no hay parte
disponible para recoger
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.
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
Errores detectadose
Las dimensiones de las partes
cambian debido al calor
producido por la herramienta
El Robot tira la parte al
momento de tomarla
La parte sobrepasa las
dimensiones
Posibles acciones correctivas
Ajustar las coordenadas en el programa de la parte para compensarlo (acción
correctiva de categoría 1)
Buscar otra parte (acción correctiva de categoría 2)
Ajustar el programa de la parte para tomar un paso preliminar de maquinado a través
de la superficie de trabajo (acción correctiva de categoría 2)
Aumente o disminuya la velocidad de corte para cambiar la frecuencia armónica
Vibración de la herramienta
(acción correctiva de categoría 2)
Temperatura de corte muy alta
Reduzca la velocidad de corte (acción correctiva de categoría 2)
Cambie la herramienta de corte con otra herramienta más filosa (acción correctiva
Fallo en la herramienta de corte
de categoría 3)
No hay mas partes disponibles
Llame al operador para resurtir las partes necesarias para el inicio de la operación
en la unidad de almacenamiento
(acción correctiva de categoría 4)
Rebabas que interfieresn en la Llame al operador para que elimine las rebabas del area de trabajo (acción correctiva
operación de maquinado
de categoría 4)
Niveles de automatización
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
Descripción / ejemplos
5
Nivel de la empresa
Sistema de información
corporativo
4
Nivel de planta
Sistema de producción
3
Nivel de celda o sistema
Sistema de manufactura - grupos
de máquinas
2
Nivel de maquinaria
Máquinas individuales
1
Nivel de dispositivo
Sensores, actuadores, otros elementos
de hardware