Automatización industrial, Definición, Tipos y Ejemplos

Qué es la automatización industrial

La creciente competitividad de la industria actual exige productos de gran calidad y consistencia a un precio competitivo. Para hacer frente a este reto, varias industrias están considerando varios diseños de productos nuevos y técnicas de fabricación integradas en paralelo con el uso de dispositivos automatizados.

Uno de los movimientos notables e influyentes para conseguir las soluciones del desafío mencionado es la automatización industrial. La automatización industrial facilita el aumento de la calidad del producto, la fiabilidad y la tasa de producción, al tiempo que reduce los costes de producción y diseño mediante la adopción de tecnologías y servicios nuevos, innovadores e integrados.

La automatización va un paso más allá de la mecanización, que utiliza un mecanismo de maquinaria particular ayudado por operadores humanos para realizar una tarea. La mecanización es la operación manual de una tarea utilizando maquinaria motorizada que depende de la toma de decisiones humanas.

Por otro lado, la automatización sustituye la participación humana por el uso de comandos de programación lógica y máquinas potentes.

La automatización industrial es la sustitución del pensamiento humano por ordenadores y máquinas. La palabra Automatización tiene el significado de «autodictado» o «un mecanismo que se mueve por sí mismo», que deriva de las palabras griegas Auto y Matos, donde auto significa auto y Matos significa movimiento.

En resumen, la automatización industrial puede definirse como el uso de tecnologías establecidas y dispositivos de control automático que dan como resultado el funcionamiento y el control automáticos de los procesos industriales sin una intervención humana significativa y logrando un rendimiento superior al del control manual. Estos dispositivos de automatización incluyen PLCs, PCs, PACs, etc. y las tecnologías incluyen varios sistemas de comunicación industrial.

La figura anterior muestra la automatización de centrales eléctricas proporcionada por Siemens para conseguir un funcionamiento sostenible, seguro y económico. Proporciona la automatización total integrada (TIA) mediante la automatización de cada sección de la central eléctrica con dispositivos de control eficientes, sensores de campo y dispositivos de actuación. En esta automatización, los módulos SIMATIC (PLC) se utilizan como dispositivos de control, mientras que WinCC proporciona una interfaz gráfica eficaz.

¿Por qué la automatización industrial? (Ventajas del sistema de automatización industrial)

La automatización de la fábrica o planta de fabricación o proceso mejora la tasa de producción a través de un mejor control de la producción. Ayuda a producir en masa reduciendo drásticamente el tiempo de montaje por producto con una mayor calidad de producción. Por lo tanto, para un determinado insumo de mano de obra produce una gran cantidad de producción.

• Mejora de la calidad: las células de trabajo automatizadas suelen ser menos variables y menos propensas a cometer errores en comparación con los operadores humanos. La precisión que proporciona la automatización industrial se traduce en una mayor consistencia y reproducibilidad a lo largo del proceso de fabricación, lo que en última instancia proporciona productos de mayor calidad.
• Mayor eficiencia y rendimiento: los robots pueden trabajar 24 horas al día y 7 días a la semana, y simplemente trabajan más rápido que los operarios humanos. Este tiempo de trabajo adicional aumenta la eficiencia y da lugar a un mayor rendimiento de la célula de trabajo. Además, la automatización industrial proporciona flexibilidad para ajustar la célula de trabajo. Por ejemplo, si es necesario optimizar la célula de trabajo o realizar modificaciones para un nuevo producto, el sistema automatizado puede reprogramarse fuera de línea, a menudo sin apenas tiempo de inactividad y con una formación mínima o nula de los operarios.
• Menores costes: utilizar robots es sencillamente menos costoso que los operarios humanos. Una vez pagado el coste inicial de un robot, los únicos costes son el mantenimiento y la energía necesaria durante el funcionamiento. Con el tiempo, el ahorro de costes es significativo si se compara con los salarios y beneficios de los operarios. Además, los robots optimizan el proceso y mejoran la calidad, con lo que se reducen los residuos, lo que supone un ahorro de costes aún mayor.
• Mejora de la velocidad de comercialización: la automatización industrial proporciona una línea de producción más eficiente que reduce los plazos de entrega de los productos y, en algunos casos, justifica que se mantenga la producción en la empresa en lugar de subcontratarla.
• Mayor seguridad: la mejora de la seguridad del operario es una de las mayores ventajas de la automatización industrial, ya que los operarios ya no tienen que realizar tareas peligrosas, como trabajar con productos químicos peligrosos, recoger objetos pesados, trabajar en malas condiciones, como temperaturas elevadas, y realizar tareas con movimientos repetitivos. Los operarios están más seguros cuando este tipo de tareas son realizadas por robots y otras soluciones de automatización.

Tipos de sistemas de automatización industrial

La automatización industrial se emplea actualmente en un gran número de sectores, con sistemas automatizados que realizan todo tipo de tareas, desde la fabricación hasta el funcionamiento de un cajero automático.

El nivel de complejidad e interacción humana con un sistema automatizado varía según la aplicación. Aunque existen innumerables aplicaciones de soluciones de automatización industrial, casi todas se clasifican en una de las tres categorías de automatización: fija, programable y flexible. A continuación se explica un poco más sobre cada uno de estos tipos de automatización industrial.

Fija.

Este tipo de automatización también se conoce como automatización rígida o dura. Como su nombre indica, esta forma de automatización industrial es la menos flexible y suele utilizarse para ejecutar tareas repetitivas con equipos dedicados para mejorar la eficacia de la producción y los índices de rendimiento. Una vez configurada una solución de automatización fija, es difícil modificar el proceso o reconfigurar el equipo. Las soluciones de automatización fijas son una buena opción para la producción que es consistente y estable en el tiempo y tiene un alto volumen de producción. Ejemplos de automatización fija son las líneas de montaje de la industria del automóvil.

 

 

Programable

Este tipo de automatización es mejor para lotes de productos en los que las instrucciones del sistema automatizado cambian con el tiempo en función del producto que se esté fabricando. El programa de control puede reprogramarse para cada lote con las especificaciones dadas y las tareas de procesamiento y secuenciación necesarias. Este proceso de cambio lleva tiempo, ya que en la mayoría de los casos también hay que reconfigurar el equipo de un lote a otro. La automatización programable suele utilizarse para volúmenes medios, pero también puede emplearse para volúmenes bajos o altos cuando la economía lo justifica. Los robots industriales son un ejemplo de automatización programable.

Flexible

Este sistema suele denominarse automatización suave. Es similar a la automatización programable en el sentido de que proporciona flexibilidad para los cambios de producto. La gran ventaja de la automatización flexible es que los cambios de producto se transmiten a través del sistema de control y se producen de forma rápida y automática, eliminando el tiempo necesario para reconfigurar el equipo entre lotes. Las máquinas CNC son un ejemplo de automatización flexible.

Este tipo de automatización se emplea para realizar operaciones fijas y repetitivas con el fin de lograr altos índices de producción. Utiliza equipos especiales o dedicados para automatizar las operaciones de ensamblaje o procesamiento de secuencia fija. Una vez empleada, es relativamente difícil cambiar o variar el diseño del producto. Por lo tanto, es inflexible a la hora de proporcionar variedad de productos, pero aumenta la eficiencia con una mayor tasa de producción y reduce el coste unitario.

¿Cuál es el objetivo de la automatización de procesos?

El objetivo principal de la automatización de procesos es mejorar los flujos de trabajo de una empresa.

Con la automatización, podemos reducir los costes, el tiempo y los residuos, así como aumentar la productividad, reducir los errores y controlar todos los procesos de la empresa en tiempo real.

Se pueden sustituir las actividades manuales por otras automatizadas o reutilizar el software y los sistemas para apoyar otras muchas tareas.

Para entenderlo mejor, imagine un proceso de solicitud de compra. Si es manual, el equipo de compras debe negociar con los proveedores por teléfono o correo electrónico, esperar sus respuestas, remitirlas para la aprobación del presupuesto, encontrar el centro de costes, etc.

Ahora piense en cómo se podrían centralizar todos estos procesos en un sistema automatizado. Con formularios y pasos prediseñados, todo el flujo de compras puede estandarizarse y hacerse en línea, incluyendo:

• Aprobación del presupuesto, en el que sólo hay que designar a un responsable
• Presupuestos, con envío automático de mensajes a los proveedores
• Evaluación técnica, utilizando reglas de negocio previamente definidas
• Negociación de valores mediante reglas de costes
• Estandarización
• Pago
• Cierre

Cualquier empleado con acceso al sistema puede seguir el estado de los procesos y actuar en consecuencia. Esto evita errores y acelera la ejecución de las tareas, por mencionar sólo dos ventajas.

¿Qué es un Sistema de Producción Automatizada?

Un Sistema de producción automatizada se compone de una serie de estaciones de trabajo unidas por un sistema de transferencia y un sistema de control eléctrico. Cada estación realiza una operación específica y el producto se procesa paso a paso a medida que avanza por la línea en una secuencia de producción predefinida.

Una línea de producción totalmente automatizada no necesita personas que participen directamente en la operación, y todo o parte del proceso de producción se completa con equipos mecánicos y sistemas automatizados. Por lo tanto, en un entorno automatizado, es más probable que las tareas del ser humano pasen a ser el diseño del sistema, el ajuste, la supervisión y el seguimiento del funcionamiento del sistema en lugar de controlarlo directamente.

Hay tres tipos de automatización en la producción: La automatización dura (también conocida como «automatización fija»), la automatización programable y la automatización blanda (también conocida como «automatización flexible»). El tipo de automatización a utilizar viene determinado por el tipo de producto y el volumen.

¿Cómo funciona la automatización y robótica Industrial?

Para entender qué es y cómo funciona la automatización industrial robótica, es necesario analizar por separado los términos que la componen.

El término automatización industrial identifica el uso de tecnologías y sistemas de control para la gestión inteligente de maquinaria industrial y líneas de producción. La automatización industrial, por tanto, trata del control de los procesos físicos: implica el uso de máquinas físicas y sistemas de control para automatizar las actividades de un proceso industrial.

La robótica industrial es una rama secundaria en la automatización industrial y ayuda a la fabricación en algunos procesos como el mecanizado, el desbarbado, el rectificado, el esmerilado por láser, el pulido, etc.

Un robot es una máquina multifunción reprogramable, autónoma o semiautónoma, capaz de realizar una serie de tareas junto a los humanos o en su lugar. Puede realizar tareas exclusivamente mecánicas y repetitivas, manejar objetos mediante movimientos previamente programados; o puede adaptar su comportamiento al entorno que le rodea gracias a la inteligencia artificial que adquiere datos, los procesa y modifica las entradas a la máquina, optimizando el trabajo.

La robotización de procesos es una estrategia de automatización que puede definirse como la aplicación de tecnologías que permiten la gestión y el control del proceso, estandarizando el procesamiento y obteniendo incrementos de producción, menores costes, mayor precisión y fiabilidad.

En consecuencia, se puede afirmar que la robotización industrial supone la realización de trabajos industriales mediante el uso de sistemas automáticos, robots, y un sistema de automatización que sustituye al hombre en la cadena de montaje, realizando siempre el mismo trabajo, en un ritmo constante y frenético.

Se esbozan múltiples campos de aplicación y desarrollos actuales y futuros de esta tecnología, sobre todo muchas ventajas para los que automatizan los procesos industriales.

¿Por qué es importante la automatización industrial?

La automatización industrial es fundamental no sólo porque es productiva, sino porque la llegada de la informatización al espacio industrial permitió finalmente a muchos fabricantes sustituir a los seres humanos en las tareas más repetitivas y laboriosas y añadir más valor que nunca a sus líneas de producción.

Con la llegada de la industria mecanizada, principalmente en el siglo XIX, los seres humanos fueron llamados a operar máquinas industriales mucho más potentes que antes. Sin embargo, el poder de estas máquinas acabó convirtiendo a los seres humanos en siervos más que en amos de ellas, temas que se exploraron a menudo en el arte de principios del siglo XX, como la película seminal «Metrópolis» de Fritz Laing. Estos mismos temas fueron evitados a menudo por los acólitos de filosofías como el taylorismo, donde todas y cada una de las acciones humanas en el espacio industrial se repetían indefinidamente e – inevitablemente – se exigía que se hicieran a un ritmo de productividad cada vez mayor.

Con la llegada de la automatización industrial, se requería menos control humano para tareas de fabricación industrial aún básicas. Esto acabó desplazando algunos puestos de trabajo, pero también hizo que el trabajo restante para los humanos fuera más productivo, creativo y gratificante que los mundanos trabajos industriales de antaño.

En muchos sentidos, esta automatización permitió tanto el aumento de la economía del conocimiento y de los empleos de cuello blanco -incluyendo, por supuesto, los trabajos relacionados con la programación de los sistemas de automatización industrial- como el ocio presente en la economía de servicios y la mayor expansión de la riqueza material a nivel mundial que hemos visto en las últimas décadas.

¿Quién utiliza la automatización industrial?

Si bien la automatización industrial como movimiento nació de los sistemas de control automatizados para máquinas industriales específicas hacia el final de la Segunda Guerra Mundial, en las décadas siguientes se empezaron a generalizar los sistemas automatizados, el mecanizado automatizado y la integración de la robótica en las fábricas. En la década de 1980, economías como la japonesa se habían robotizado por completo en el sector de la automoción y la electrónica manufacturada, una tendencia que han seguido China y otras economías de reciente desarrollo hasta el día de hoy.

El problema es que la mayor parte de esta automatización se ha producido en áreas en las que ciertos tipos de mano de obra no cualificada han sido relativamente baratos, y en industrias (como la del automóvil y la electrónica de consumo) significan que los procesos de producción deben estar concentrados, tanto en las geografías como en un número limitado de empresas altamente rentables.

Del mismo modo, los fabricantes de materias primas de la pulpa, el papel y los metales, entre otros, recurren a sistemas automatizados, pero rara vez son robóticos y están mucho más orientados al procesamiento de grandes cantidades de materias primas que no se distribuyen como productos finales, sino que se utilizan en la fabricación de productos finales para empresas o consumidores.
Los fabricantes de automóviles y productos electrónicos son los que más han utilizado los robots programables, uno de los mayores logros de la automatización industrial. Fuente: Reserva Federal de San Luis.

Con la llegada de la visión robótica, la inteligencia artificial y más capacidades tecnológicas únicas, nuevos sectores tendrán la oportunidad de utilizar la robótica industrial y llevar las ventajas de la automatización industrial a un nuevo nivel. Esto es aún más esencial para muchas empresas, ya que, tanto en las economías desarrolladas como en las de reciente desarrollo, las transiciones demográficas significan que sólo habrá menos mano de obra cualificada disponible para satisfacer las necesidades de producción en un futuro previsible.

Los fabricantes de alta mezcla son los que más se benefician de ello. Los fabricantes que trabajan con lotes inferiores a 1.000, con más de 10 piezas en la misma máquina en un mes o incluso en un año, este tipo de empresas han considerado que algunas formas de automatización y casi todas las formas de robótica están fuera de su alcance.

Ahora bien, todavía se han beneficiado del uso de controladores de procesos o de controladores de automatización programables para transportadores y otras aplicaciones industriales singulares, pero no han podido adaptar muchas aplicaciones especializadas como la pintura u otros procesos de pulverización a su pizarra de tareas automatizadas.

Con los nuevos avances de la robótica, estas empresas no sólo tienen la capacidad de lograr la automatización, sino un estado de fabricación autónoma, en el que la programación y la organización de los propios procesos pueden automatizarse de forma que los ingenieros humanos puedan centrarse principalmente en la creación de valor a través del diseño de productos… ¡y dejar que las máquinas se encarguen del resto!

¿Qué son los Sistemas de Control Distribuido?

Como su nombre indica, el DCS es un sistema de sensores, controladores y ordenadores asociados que están distribuidos por toda la planta. Cada uno de estos elementos tiene un propósito único, como la adquisición de datos, el control de procesos, así como el almacenamiento de datos y la visualización gráfica. Estos elementos individuales se comunican con un ordenador centralizado a través de la red de área local de la planta, a menudo denominada red de control. Como «cerebro central» de la planta, el DCS toma decisiones automatizadas basadas en las tendencias de producción que ve en tiempo real en toda la planta. Por ejemplo, el DCS de una central eléctrica puede aumentar automáticamente la capacidad de generación de vapor de varias turbinas para satisfacer la demanda cambiante de electricidad durante los días calurosos de verano y luego reducirla cuando las temperaturas exteriores se enfrían durante la noche y la demanda disminuye. Mientras que un PLC podría ajustar el funcionamiento de una sola unidad, el DCS puede realizar ajustes en cada una de las muchas operaciones de unidades que interactúan en una planta.

¿Cómo se utiliza un DCS?

Aunque los DCS se utilizan en todas las industrias de control de procesos para supervisar procesos de producción complejos, su uso está más extendido en las grandes plantas de fabricación continua, como las de la industria petroquímica. Con la ayuda de un DCS, estas y otras fábricas pueden coordinar eficazmente los ajustes de forma descendente utilizando una red centralizada de ordenadores. Las instrucciones del DCS se distribuyen por toda la planta y se envían a los controladores individuales. Si se configura adecuadamente, el DCS puede mejorar la seguridad y la eficacia de la producción.

¿Por qué es tan importante el DCS?

Una comparación de dos plantas puede ayudar a ilustrar la importancia del DCS. En primer lugar, imaginemos una pequeña instalación municipal de tratamiento de aguas residuales que emplea una docena de lazos de control. El personal de ingeniería de la planta puede vigilar fácilmente el rendimiento de un número tan limitado de controladores. A continuación, imaginemos una gran refinería que opera con 10.000 lazos de control altamente dinámicos e interactivos. Mientras que la coordinación del control en la instalación de tratamiento es relativamente fácil, la tarea de orquestar el control en la refinería puede ser abrumadora sin el uso de un DCS. A lo largo de los años, la línea entre el DCS y el PLC se ha difuminado. Mientras que el DCS ha sido tradicionalmente la única solución para lograr un control seguro y eficiente en toda la planta, los avances en las capacidades de procesamiento han permitido que el PLC asuma rápidamente una mayor responsabilidad. En los próximos años cabe esperar que el PLC y el DCS sean cada vez más intercambiables.

Historia de la automatizacion industrial

La automatización en la industria manufacturera ha evolucionado desde el uso de sistemas hidráulicos y neumáticos básicos hasta los modernos robots actuales. La mayoría de las operaciones industriales se automatizan con el objetivo de aumentar la producción y reducir el coste de la mano de obra. Desde sus inicios, la automatización industrial ha logrado grandes avances entre las actividades que antes se realizaban manualmente. Una organización de fabricación que utiliza las últimas tecnologías para automatizar completamente sus procesos suele ver mejorada su eficiencia, la fabricación de productos de alta calidad y la reducción de los costes de mano de obra y producción.

Los primeros años de la automatización

En 1913, Ford Motor Company introdujo una línea de montaje para la producción de coches que se considera uno de los tipos de automatización pioneros en la industria manufacturera. Antes de eso, un coche era construido por un equipo de trabajadores cualificados y no cualificados. La automatización de la producción mejoró los índices de producción de Ford y aumentó sus beneficios. La cadena de montaje y la producción masiva de coches fueron las primeras de su tipo a nivel mundial. Redujo el tiempo de montaje de 12 horas por coche a una hora y media por coche.

Avance de la automatización en el siglo XX

Durante la década de 1930, Japón fue líder en el desarrollo de componentes que facilitaban la automatización de la fabricación industrial. Una empresa desarrolló el primer microinterruptor, relés de protección y un temporizador eléctrico de gran precisión. Para entonces, el resto del mundo había empezado a apreciar la automatización y se habían producido importantes investigaciones y desarrollos, como el interruptor de proximidad de estado sólido. Entre 1939 y 1945, durante la Segunda Guerra Mundial, la automatización fue muy utilizada en aviones de combate, lanchas de desembarco, buques de guerra y tanques.

En 1945, Japón se rindió a los Estados Unidos y a las fuerzas aliadas y se inició un programa de reconstrucción industrial. El programa se basó en tecnologías nuevas y superiores en contraposición a los métodos de fabricación anticuados que se utilizaban en el resto del mundo. Así, Japón se convirtió en el líder mundial de la automatización industrial. Empresas automovilísticas como Honda, Toyota y Nissan pudieron producir numerosos coches de gran calidad y fiabilidad. Ofrecían características estándar que otros fabricantes de automóviles clasificaban como extras, así como precios competitivos que desencadenaron el éxito de la industria automovilística japonesa.

El estado actual de la automatización industrial en la industria manufacturera

Los robots industriales actuales cuentan con capacidades informáticas de alta calidad, grados de libertad operativos mejorados y sistemas de visión. Sin embargo, sólo pueden funcionar en entornos muy estructurados y siguen necesitando cierto nivel de intervención humana. Además, son bastante inflexibles y están muy especializados para su uso en pequeñas y medianas industrias, por lo que la automatización industrial suele ser más adecuada para los grandes fabricantes y las largas series de producción. La automatización en la industria manufacturera se basa en las capacidades informáticas y de software para automatizar, integrar y optimizar los diferentes componentes de los sistemas de fabricación. Por ello, también se denomina fabricación integrada por ordenador.

Gracias a la creación y evolución de la automatización industrial en las industrias manufactureras, el mundo disfruta de productos de alta calidad y de una mejor utilización de la energía, los recursos y las materias primas. Al contrario de lo que la mayoría de la gente cree, la industria manufacturera está preparada para crear más puestos de trabajo con el uso de robots, que seguirán impulsando las operaciones y los beneficios de la automatización industrial.