historia de la automatización - ingeniería mecánica

automatización

Historia de la automatización

El origen se remonta a los años 1750, cuando surge la revolución industrial.

1745: Máquinas de tejido controladas por tarjetas perforadas.

1817-1870: Máquinas especiales para corte de metal.

1863: Primer piano automático, inventado por M. Fourneaux.

1856-1890: Sir Joseph Whitworth enfatiza la necesidad de piezas intercambiables.

1870: Primer torno automático, inventado por Christopher Spencer.

1940: Surgen los controles hidráulicos, neumáticos y electrónicos para máquinas de corte automáticas.

1945-1948: John Parsons comienza investigación sobre control numérico.

1960-1972: Se desarrollan técnicas de control numérico directo y manufactura computadorizada.

Objetivos de la automatización

Integrar varios aspectos de las operaciones de manufactura para:

• Mejorar la calidad y uniformidad del producto 
• Minimizar el esfuerzo y los tiempos de producción. 
• Mejorar la productividad reduciendo los costos de manufactura mediante un mejor control de la producción. 
• Mejorar la calidad mediante procesos repetitivos. 
• Reducir la intervención humana, el aburrimiento y posibilidad de error humano. 
• Reducir el daño en las piezas que resultaría del manejo manual. 
• Aumentar la seguridad para el personal. 
• Ahorrar área en la planta haciendo más eficiente: 
• El arreglo de las máquinas 
• El flujo de material 

automatización y funciones

Para la automatización de procesos, se desarrollaron máquinas operadas con Controles Programables (PLC), actualmente de gran ampliación en industrias como la textil y la alimentación.

Para la información de las etapas de diseño y control de la producción se desarrollaron programes de computación para el dibujo (CAD), para el diseño (CADICAE), para la manufactura CAM, para el manejo de proyectos, para la planeación de requerimientos, para la programación de la producción, para el control de calidad, etc.

La inserción de tecnologías de la información producción industrial de los países desarrollados ha conocido un ritmo de crecimiento cada vez más elevado en los últimos años. Por ejemplo, le Información amplia enormemente la capacidad de controlar la producción con máquinas de control computarizado y permite avanzar hacia mayores y más complejos sistemas de automatización, unas de cuyas expresiones más sofisticadas y más ahorradoras de trabajo humano directo son los robots, los sistemas flexibles do producción y los sistemas de automatización integrada de la producción (computer integrad manufacturing CIM).

Aunque es evidente que la automatización sustituye a un alto porcentaje de la fuerza laboral no calificada, reduciendo la participación de los salarios en total de costos de producción, las principales razones para automatizar no incluye necesariamente la reducción del costo del trabajo.

Por otra parte, la automatización electromecánica tradicional ya ha reducido significativamente la participación de este costo en los costos de producción. Actualmente en Estados Unidos la participación típica el trabajó directo en el costo de le producción Industriales de 10 % o 15 % y en algunos productos de 5 %. Por otra parte, existen otros costos, cuya reducción es lo que provee verdadera competitividad a la empresa.

Entre estos costos está trabajo indirecto, administración control de calidad compras de insumos, flujos de información, demoras de proveedores, tiempos muertos por falta de flexibilidad y adaptabilidad etc. Estos son los costos que pueden ser reducidos por las nuevas tecnologías de automatización al permitir mayor continuidad, Intensidad y control Integrado del proceso de producción, mejor calidad del producto y reducción significativa de errores y rechazos, y a la mayor flexibilidad y adaptabilidad de la producción a medida y en pequeños lotes o pequeñas escalas de producción.

La mayor calidad en los productos se logra mediante exactitud de las máquinas automatizadas y por la eliminación de los errores propios del ser humano; lo que a su vez repercute grandes ahorros de tiempo y materia al eliminarse la producción de piezas defectuosas.

La flexibilidad de las máquinas permite su fácil adaptación tanto a una producción individualizadas y diferenciada en le misma linee de producción, como mi cambio total de la producción. Esto posibilite una adecuación flexible a las diversas demandas del mercado.

La automatización en los procesos Industriales, se basa en la capacidad para controlar la información necesaria en el proceso productivo, mediante la ex ancle de mecanismos de medición y evaluación de las normas de producción. A través de diversos instrumentos controlados por la información suministrada por el computadora, se regula el funcionamiento de las máquinas u otros elementos que operan el proceso productivo.

En concreto, este sistema funciona básicamente de la siguiente manera:

Mediante la utilización de captadores o sensores (que son esencialmente instrumentos de medición, como termómetros o barómetros), se recibe la información sobra el funcionamiento de las variables que deben ser controladas (temperatura, presión, velocidad, espesor o cualquier otra que pueda cuantificarse), esta información se convierte en una señal, que es comparada por medio de la computadora con la norma, consigna, o valor deseado para determinada variable. Si esta señal no concuerda con la norma de Inmediato se genere una señal de control (que es esencialmente una nueva Instrucción), por la que so acciona un actuador o ejecutante (que generalmente son válvulas y motores), el que convierte la señal de control en una acción sobre el proceso de producción capaz de alterar la señal original imprimiéndole el valor o la dirección deseada.

En la práctica, la automatización de la industria alcanza diferentes niveles y grados ya que la posibilidad concrete de su implementación en los procesos de fabricación industrial varia considerablemente según se trate de procesos de producción continua o en serie. En efecto, en el primer caso, el primer caso, el conducto es el resultado de una serie de operaciones secuenciales, predeterminadas en su orden, poco numerosas, y que requieren su Integración en un flujo continuo de producción. Los principales aportes de la microelectrónica a este tipo de automatización son los mecanismos de control de las diversas fases o etapas productivas y la creciente capacidad de control integrado de todo el proceso productivo. Por su parte, la producción en serle está formada por diversas operaciones productivas, generalmente paralelas entre si o realizadas en diferentes períodos de tiempos o sitios de trabajo, lo que ha dificultado la integración de líneas de producción automatización. Desde mediados de los años setenta las posibilidades de automatización integrada han aumentado rápidamente gracias a lo adelantos en la robótica, en las máquinas herramienta de control numérico, en los sistemas flexibles de producción, y en el diseño y manufactura asistidos por computadora (CAD/CAM).

Grado de automatización

La importancia de la automatización, se distinguen los siguientes grados:

• Aplicaciones en pequeña escala como mejorar el funcionamiento de una maquina en orden a:
• Mayor utilización de una máquina, mejorando del sistema de alimentación.
• Posibilidad de que un hombre trabaje con más de una máquina.
• Coordinar o controlar una serie de operaciones y una serie de magnitudes simultáneamente.
• Realizar procesos totalmente continuos por medio de secuencias programadas.
• Procesos automáticos en cadena errada con posibilidad de autocontrol y auto corrección de desviaciones.

señales indicadoras del uso de automatizacion

La automatización no siempre se justifica la implementación de sistemas de automatización, pero existen ciertas señales indicadoras que justifican y hacen necesario la implementación de estos sistemas, los indicadores principales son los siguientes:

• Requerimientos de un aumento en la producción 
• Requerimientos de una mejora en la calidad de los productos 
• Necesidad de bajar los costos de producción 
• Escasez de energía 
• Encarecimiento de la materia prima 
• Necesidad de protección ambiental 
• Necesidad de brindar seguridad al personal 
• Desarrollo de nuevas tecnologías 

La automatización solo es viable si al evaluar los beneficios económicos y sociales de las mejoras que se podrían obtener al automatizar, estas son mayores a los costos de operación y mantenimiento del sistema.

ventajas de la automatizacion

La automatización de un proceso frente al control manual del mismo proceso, brinda ciertas ventajas y beneficios de orden económico, social, y tecnológico, pudiéndose resaltar las siguientes:

• Se asegura una mejora en la calidad del trabajo del operador y en el desarrollo del proceso, esta dependerá de la eficiencia del sistema implementado. 
• Se obtiene una reducción de costos, puesto que se racionaliza el trabajo, se reduce el tiempo y dinero dedicado al mantenimiento. 
• Existe una reducción en los tiempos de procesamiento de información. 
• Flexibilidad para adaptarse a nuevos productos (fabricación flexible y multifabricación). 
• Se obtiene un conocimiento más detallado del proceso, mediante la recopilación de información y datos estadísticos del proceso. 
• Se obtiene un mejor conocimiento del funcionamiento y performance de los equipos y máquinas que intervienen en el proceso. 
• Factibilidad técnica en procesos y en operación de equipos. 
• Factibilidad para la implementación de funciones de análisis, optimización y autodiagnóstico. 
• Aumento en el rendimiento de los equipos y facilidad para incorporar nuevos equipos y sistemas de información. 
• Disminución de la contaminación y daño ambiental. 
• Racionalización y uso eficiente de la energía y la materia prima. 
• Aumento en la seguridad de las instalaciones y la protección a los trabajadores. 

Elementos de una Instalación Automatizada

• MAQUINAS: Son los equipos mecánicos que realizan los procesos, traslados, transformaciones, etc. de los productos o materia prima.

• ACCIONADORES: Son equipos acoplados a las máquinas, y que permiten realizar movimientos, calentamiento, ensamblaje, embalaje. Pueden ser:

• Accionadores eléctricos: Usan la energía eléctrica, son por ejemplo, electro válvulas, motores, resistencias, cabezas de soldadura, etc.

• Accionadores neumáticos: Usan la energía del aire comprimido, son por ejemplo, cilindros, válvulas, etc.

• Accionadores hidráulicos: Usan la energía de la presión del agua, se usan para controlar velocidades lentas pero precisas.

• PRE ACCIONADORES: Se usan para comandar y activar los accionadores. Por ejemplo, contactores, switchs, variadores de velocidad, distribuidores neumáticos, etc.

• CAPTADORES: Son los sensores y transmisores, encargados de captar las señales necesarias para conocer el estados del proceso, y luego enviarlas a la unidad de control.

• INTERFAZ HOMBRE-MÁQUINA: Permite la comunicación entre el operario y el proceso, puede ser una interfaz gráfica de computadora, pulsadores, teclados, visualizadores, etc.

• ELEMENTOS DE MANDO: Son los elementos de cálculo y control que gobiernan el proceso, se denominan autómata, y conforman la unidad de control.


Los sistemas automatizados se conforman de dos partes: parte de mando y parte operativa

• PARTE DE MANDO: Es la estación central de control o autómata. Es el elemento principal del sistema, encargado de la supervisión, manejo, corrección de errores, comunicación, etc.

• PARTE OPERATIVA: Es la parte que actúa directamente sobre la máquina, son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice las acciones. Son por ejemplo, los motores, cilindros, compresoras, bombas, relés, etc.