AUTOMATIZACION DE LA PRODUCCION

Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo: guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales substituyendo a operadores humanos.

La automatización se ha entendido como una tecnología en la cual se aplican los sistemas mecánicos, electrónicos y computarizados, con el fin de operar y controlar la producción, de bienes físicos de consumo, además involucra una gran variedad de sistemas y procesos que se ejecutan con mínima o ninguna intervención del ser humano.
Se ha clasificado la automatización en tres procesos diferentes de acuerdo a los requerimientos del proceso productivo, los volúmenes de producción y la variedad de productos que se fabrican:

a. Automatización fija, se caracterizan por la secuencia única de operaciones de procesamiento y ensamble;
b. Automatización programable o “batch”, la secuencia de operaciones es controlada por un programa y cambia para diferentes configuraciones del producto; y
c. Automatización flexible, en donde es posible fabricar productos de diferentes especificaciones sin pérdidas de tiempo, atribuibles a los cambios y ajustes de los equipos de proceso entre un producto y otro.

Un proceso automatizado está compuesto por los siguientes elementos.

• Fuentes de energía, necesarias para ejecutar el proceso y los controles, la principal fuente es la electricidad, la cual es convertida a formas alternas de energía: mecánica, térmica, lumínica, acústica e hidráulica.
• Infraestructura de equipos: ejecutarán las operaciones de transformación necesaria sobre los materiales para obtener los productos que se requieren.
• Programa de instrucciones: donde se definen las acciones a desarrollar de acuerdo con el diagrama de flujo del proceso.
• Arquitectura del sistema de control: en este se definen los requerimientos de sensórica, instrumentación, controladores lógicos programables (PLC) y sistemas de supervisión, necesarios para ejecutar el proceso.
• Sistema de control: ejecuta el programa de instrucciones del sistema automático y permite la realización del proceso; se definen los ciclos de trabajo, en el que para cada uno se establece el mismo número de pasos asociados con los cambios en los parámetros del proceso, sin variaciones de un ciclo a otro. Así, el programa de instrucciones es repetido durante cada ciclo de trabajo sin desviaciones.
  

TIPOS DE CONTROLES
Los controles pueden ser de:

1. De lazo cerrado en el control de lazo cerrado o de retroalimentación, las variables de salida son comparadas con los parámetros de entrada y alguna diferencia entre los dos es usada para corregir la salida de acuerdo con la entrada. Este sistema de control es el más empleado y está constituido por:

• Parámetros de entrada del sistema (es el valor de referencia o punto fijo, para la salida del sistema y éste representa el valor de operación que se espera para la salida),
• proceso a ejecutar,
• variables de salida, sensores (cuantifican la variable de salida y cierran el circuito),
• controladores (compara la salida con la entrada y hace el ajuste requerido en el proceso, reduciendo la diferencia entre ellos) y
• actuadores (Los actuadores, son los dispositivos físicos del hardware, que llevan a cabo las acciones de control)

2. De lazo abierto.

LA AUTOMATIZACIÓN DE UN PROCESO INDUSTRIAL

1. ESTABLECER LOS TIPOS DE PRODUCTOS: Cuando se plantea la posibilidad de automatizar un proceso productivo, se ha encontrado que uno de los puntos críticos es la clasificación de los productos; por esta razón, se ha considerado que los productos deben agruparse de acuerdo con la similitud en el diseño y requerimientos del proceso de manufactura, excepto las formas especiales, que por su criticidad, conllevan requisitos muy específicos para su producción
2. DEFINIR PROCESOS A AUTOMATIZAR: Una vez que se establece el tipo de productos que elabora una planta de producción y se definen los procesos que se desean automatizar, se puede seleccionar entre las siguientes posibilidades para sistematizar e integrar las operaciones de la planta de producción:
   • Sistemas de Manufactura Flexible (Flexible Manufacturing Systems FMS). Un FMS está constituido por un grupo de estaciones de proceso (especialmente máquinas de control numérico), interconectadas por medio de manipuladores de material automatizados y sistemas de almacenamiento, que son controlados por un sistema integrado a un computador. La denominación de FMS es debida a su capacidad para procesar una gran variedad de diferentes tipos de partes simultáneamente, bajo un programa de control numérico en varías estaciones de trabajo
   • Manufactura Integrada por Computador (Computer Integrated Manufacturing CIM). La manufactura integrada por computador (CIM) ayuda a la compañía en la flexibilización, y el mejoramiento de la calidad, la reducción de inventarios, optimización de espacios físicos en planta, disminución de tiempos de elaboración e incremento de la productividad, a través de la integración de las funciones de negocio como: organización, planeación y control
3. ADMINISTRAR LA INFORMACION: Una vez se ha seleccionado e implementado el sistema de control de un proceso, surge la necesidad de administrar los datos que se generan a partir de este, siendo necesaria la aplicación de tecnologías de información (TI), las cuales permiten crear estructuras de datos de forma ordenada y accesible para su utilización en diferentes niveles de la planta y/o organización

TECNOLOGÍAS DE AUTOMATIZACIÓN EMPLEADAS EN LA INDUSTRIA
A nivel mundial el empleo de estas tecnologías por la industria farmacéutica se ha clasificado de acuerdo con el nivel de la organización en donde se utilizan, bien sea en funciones administrativas, en el diseño integrado de producto y proceso, en la planeación de la producción, o en el control de esta.

Grupo 1: administración de tecnologías que apoyan la integración de los departamentos funcionales de la compañía. Entre estas se encuentran:

• MRP (Material Requirements Planning), planeación de requerimientos de manufactura,
• MRPII (Material Resources Planning), planeación de recursos de manufactura,
• JIT(Just in Time) justo a tiempo,
• GT (Group Technology) tecnología de grupo,
• AI (Artificial Intelligence) inteligencia artificial,
• EDI (Electronic Data Interchange) intercambio electrónico de datos.

Grupo 2: tecnologías que soportan las actividades de la planta para diseño, planeación y control del proceso y de productos. En este grupo están:

• CAD (Computer Aided Design) diseño asistido por computador,
• CADD (Computer Aided Design Draft) diseño y bosquejos asistidos por computador,
• CAE (Computer Aided Engineering) ingeniería asistida por computador,
• CPM (Computer Process Monitoring) control de procesos por computador,
• CAPP (Computer Aided Process Planning) planeación de procesos asistida por computador.

Grupo 3: tecnologías basadas en el computador que son directamente empleadas en la planta para la producción, manipulación y transporte de materiales y productos. Aquí se encuentran:

• Robots,
• Máquinas de visión artificial,
• CNC (Computer Numerical Control), máquinas de control numérico
• PLC (Programming Logic Controller) controladores lógicos programables,
• AMH manipuladores automatizados de materiales,
• AGVS (Automated Guided Vehicle Systems) sistemas automatizados de transporte,
• AR/AS sistemas automatizados de almacenamiento y recuperación.

RAZONES PARA AUTOMATIZAR PLANTAS DE PRODUCCIÓN
Flexibilización de los procesos de producción para la elaboración de diferentes productos que den respuesta a las demandas actuales y futuras de la organización.

• Disminución de la manipulación manual y almacenamiento intermedio de materiales en proceso.
• Mejoramiento y aseguramiento de la calidad y reproducibilidad de productos y posibilidad de verificar el estado del material en proceso; así como confiabilidad en la información que se administra.
• Reducción de los niveles de inventario concepto JIT, disminución de inventarios en proceso.
• Aumento en la velocidad y eficiencia para la transferencia entre etapas del proceso, incrementando la productividad.
• Reducción en los tiempos de limpieza y optimización en el empleo de sistemas de apoyo crítico.
• Mayor seguridad por la eliminación de la contaminación cruzada en los alrededores y protección para el personal.
• Eliminación de contaminación por derrames de producto en el proceso.
• Manejo eficiente de la documentación en planta.
• Integración en computador y control de todos los procesos y operaciones de producción incluyendo almacenamiento y control ambiental.
• Disminución de los niveles de accidentalidad, por sustitución de personal en tareas de alto riesgo.
• Mejoramiento del nivel de calificación del personal que opera las tecnologías.

TECNOLOGÍAS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL UTILIZADAS EN EL DISEÑO INTEGRADO DE PRODUCTOS Y PROCESOS
Las tecnologías de inteligencia artificial (IA) son desarrollos de software cuyo objetivo es incorporar el conocimiento de un dominio particular en un sistema de computador, para llevar a cabo tareas en áreas específicas, que generalmente son realizadas por humanos altamente entrenados en el tema. Estos sistemas deben tomar la información del experto humano en términos del lenguaje usado por este y convertirlo en variables que puedan ser procesadas computacionalmente; adicionalmente, son capaces de tomar las mismas decisiones y llegar a iguales resultados y conclusiones que un experto humano.
Para adelantar la actividad de desarrollo de productos dentro de una planta de producción, se encuentran alternativas en el campo de la automatización que facilitan el trabajo al diseñador; tal es el caso de los sistemas expertos, las redes neuronales y los algoritmos genéticos, entre otras.

1. SISTEMAS EXPERTOS. Los sistemas expertos están constituidos por programas de computador que ayudan en la toma de decisiones, se basan en el conocimiento de los expertos en la materia. El desarrollo de este software consta de una base de datos donde se almacena la información y conocimiento representativo del área y un motor de inferencia del cual se extraen y manipulan los conocimientos que se encuentran almacenados en la base de datos, simulando el proceso para la resolución del problema.
2. RNA- REDES NEURONALES. Las redes neuronales artificiales son un desarrollo de software que trata de emular el proceso de aprendizaje humano, basado en el comportamiento de las neuronas biológicas. La unidad neuronal toma una o más entradas y produce una salida. Las neuronas se organizan mediante una arquitectura de red, que consta de una serie de capas de neuronas en las cuales la salida de cada neurona se constituye en la entrada a otra neurona de la siguiente capa. Las redes neuronales son entrenadas con ejemplos previos, este método se conoce como “algoritmo de entrenamiento”
   Las redes neuronales son útiles para modelar relaciones no lineales entre variables dependientes e independientes, por esto pueden ser utilizadas satisfactoriamente en campos como la preformulación y la formulación de medicamentos, donde la complejidad entre las variables dificulta la solución rápida de un problema de desarrollo. Las ventajas de las redes neuronales se basan en la posibilidad de tratar aplicaciones del mundo real, facilidad para trabajar con el menor número de variaciones en los datos, facilidad de aprendizaje y adaptación, capacidad para generalizar, alta tolerancia a la falla, rapidez y eficiencia, flexibilidad y fácil mantenimiento.
3. ALGORITMOS GENETICOS. Otra alternativa disponible en este campo, la constituyen los algoritmos genéticos, una técnica de optimización efectiva, utilizada en procesos cíclicos, en los cuales una secuencia de operaciones se ejecuta con rapidez en un intento por conducir a la búsqueda del nivel óptimo. Cuando se usan algoritmos genéticos en la optimización, se establece una función de “deseabilidad” que proporciona la solución óptima para un diseño de formulación específico.
   Los algoritmos genéticos pueden utilizar algoritmos estocásticos, en los cuales se establece la búsqueda de las condiciones que mejor satisfacen una función definida; no son susceptibles al punto de partida, son rápidos y eficientes, tienen la capacidad de hallar un punto global mínimo y máximo dentro de un conjunto de información que procesan. Emulan el proceso de selección natural y la combinación de diferentes funciones, llevan a establecer los resultados que se aproximan a los mejores valores.
   
   BIBLIOGRAFIA
   1. Aspectos generales de la automatización industrial del sector farmacéutico. Bibiana M. Vallejo1 y Sandra B. Vallejo. Universidad Nacional de Colombia

CONCEPTOS SOBRE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

1. INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACION INDUSTRIAL (AQUI)
2. INSTALACION DE SISTEMAS AUTOMATIZADOS DE DATOS (AQUI)
3. SISTEMAS AUTOMATICOS (AQUI)
4. AUTOMATIZACION INDUSTRIAL (AQUI)