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Universidad Nacional De Cajamarca ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE SISTEMAS FACULTAD DE INGENIERIA

Docente:

Ing. Roberto Azahuanche Oliva.

Curso:

Ingeniería de Procesos.

Trabajo:

Trabajo de investigación sobre Automatización, control optimización Procesos

Integrantes:    

Culqui Galán, jhon Herrera Saldaña, Doris Salazar Chilón, Jhonny Soto Chávez, Hernán

Cajamarca 12 de diciembre del 2017

Contenido I.

INTRODUCCIÓN. .................................................................................................................... 1

II.

DESCRIPCIÓN, DELIMITACIÓN y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ....................................... 2 2.1.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA....................................................................................... 2

2.1.1. 2.2.

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA .................................................................................... 3

2.3.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.................................................................................... 3

III.

OBJETIVOS. ........................................................................................................................ 4

3.1.

GENERAL........................................................................................................................ 4

3.2.

ESPECIFICOS .................................................................................................................. 4

IV.

FUNDAMENTOS TEORICOS. .............................................................................................. 4

4.1.

CONCEPTOS SOBRE AUTOMATIZACIÓN. ....................................................................... 4

4.1.1.

PRE AUTOMATIZACIÓN ......................................................................................... 4

4.1.2.

AUTOMATIZACIÓN ................................................................................................ 4

4.2.

V.

ANTECEDENTES ..................................................................................................... 2

AUTOMATIZACIÓN EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ .................................................... 5

4.2.1.

AUTOMATIZACIÓN EN EL ENSAMBLE DE VEHÍCULOS. .......................................... 5

4.2.2.

AUTOMATIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE PIEZAS PARA VEHÍCULOS. ............... 6

4.3.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL .................................................................................... 7

4.4.

INGENIERÍA CONCURRENTE .......................................................................................... 7

4.5.

CONTROL, IDENTIFICACIÓN Y SIMULACIÓN DE PROCESOS: ......................................... 8

4.6.

REDES DE SENSORES EN AMBIENTES INDUSTRIALES: ................................................... 8

4.7.

ROBÓTICA INDUSTRIAL. ................................................................................................ 8

HIPOTESIS .............................................................................................................................. 9

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA I.

INTRODUCCIÓN. En la presente investigación se ha tomado como referencia el artículo (AUTOMATIZACIÓN EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ: CONCEPTOS Y PROCESOS) el cual pretende retomar definiciones de conceptos relacionados con los procesos de automatización, examinando particularmente en la industria automotriz cuales son los procesos generalmente automatizados, los retos a los que se enfrentan este tipo de proyectos y las variables a evaluar para que los proyectos de automatización generen incrementos en la seguridad y competitividad de la industria tanto a nivel de ensamble, como en la fabricación de autopartes. Al desarrollo de procesos donde exista una mayor intervención de máquinas, limitando la intervención humana puede ser una buena solución desde que estén claros los objetivos de realizar este tipo de procesos en una planta de manufactura. Los aspectos que se toman en cuenta para automatizar los procesos sería más con la seguridad y las áreas de manufactura para el avance de producción al cual queremos que se desempeñe nuestros trabajadores que estarán interactuando con dicho autómata. Las maquinas industriales son una de las más efectivas a la hora de realizar su tarea, pero lo indispensable está en que tendríamos que diseñar bien los procesos antes de implementarlo hacer los cálculos matemáticos correctos, las ecuaciones que más se adecuen al pedido o efectividad de nuestra industria, para ello existen diferentes formas de hacerlo; ya puede ser con la herramienta llamada MATLAB, y su extensión . En este informe se dará a conocer la función de dicha industria con sus principales procesos automatizados, con sus respectivas ecuaciones de transferencia y diagramas.

1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA II.

DESCRIPCIÓN, DELIMITACIÓN y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. 2.1.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Desde hace mucho tiempo la industria automotriz en todo el mundo ha ido evolucionando, pero con distintos problemas, ya que todo cambio influye a nuevas inversiones en equipo y maquinarias para que la industria siga en el ámbito competitivo, uno de los factores más preocupantes es el de la seguridad al momento de automatizar los procesos, es decir que los procesos automatizados deben asegurar el índice de crecimiento y mejora de la producción. Hoy día, la empresa más competitiva en el área automotriz aumenta constantemente la automatización en un esfuerzo para mejorar la calidad de sus productos, garantizar la sustentabilidad de los mismos mediante la adecuación de sus procesos de ensamblaje y manufactura, sacando provecho de su inversión en automatización.

2.1.1. ANTECEDENTES Entre las décadas de los 30’s y los 60’s en la industria automotriz de México la opción del cliente se limitaba a sólo tres marcas, las cuales eran Ford, General Motors y Chrysler. Ésta a su vez ha crecido de manera importante en los últimos diez años, igualmente que la cantidad de marcas y modelos. En cuanto a las ventas al público se refiere, según la Asociación Mexicana de la Industria Automotriz (AMIA, 2005), en 1994 se vendieron un total de 142,806 automóviles contra un total de 741,666 en el 2004. Esto significa un crecimiento del 520% en 10 años, un dato verdaderamente significativo. En el año de 1995 la marca japonesa Honda empezó sus operaciones en el ramo automotriz, instalando una planta en el Salto, Jalisco. Esto detonó el interés de otras marcas por establecerse en la República Mexicana, hasta el grado de que el día de hoy se ofrecen más marcas en México que en Estados Unidos. Algunas de las marcas con las que no cuentan en el país vecino son: las europeas Renault, Seat, Fiat, MG Rover, Lada, Peugeot, entre otras. A partir del incremento en el número de marcas, se establecieron nuevos estándares de calidad y de atención al cliente. La distribuidora automotriz Honda Conausa inició sus operaciones en 1996 en la ciudad de Puebla. En ese año se ofreció al público el modelo Accord, un sedan mediano, el cual tuvo un inicio de ventas complicado debido a que la marca era desconocida en el país. Sin embargo, dos años más tarde logró posicionarse como líder de ventas en su segmento teniendo un acumulado de 71,613 autos vendidos en el país al día de hoy. En 1998, se empezó a comercializar el modelo Civic el cual entró en la categoría de compactos familiares, éste tuvo una excelente aceptación desde su introducción por su gran confiabilidad y muy bajo consumo de combustible. Actualmente, la concesionaria ofrece seis 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA modelos para distintos sectores del mercado con el fin de satisfacer las necesidades de diversos nichos. (catarina, 2016)

2.2.

DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 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 varía 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 sí 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 los 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).

2.3.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 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 la misma línea 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 la 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. 3

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA III.

OBJETIVOS. 3.1.

GENERAL Analizar los distintos procesos a ser automatizados y diseñar posibles soluciones con ayudad de las ecuaciones de transferencia, y así llegar a una mejor seguridad y competitividad de la industria.

3.2.

ESPECIFICOS     

IV.

Entender y revisar el funcionamiento de una industria automotriz. Analizar el marco teórico con respecto a las industrias. Describir algunos conceptos claves sobre la industria automotriz. Simular los procesos en simulink. Verificar si las funciones de transferencia son las correctas para cada proceso simulado.

FUNDAMENTOS TEORICOS. 4.1.

CONCEPTOS SOBRE AUTOMATIZACIÓN.

En esta sección se presenta una descripción básica sobre definiciones para el término automatización.

4.1.1. PRE AUTOMATIZACIÓN Se entiende por pre-automatización las estrategias que se despliegan para hacer que una máquina cumpla un trabajo (Schonberger, 1997) De acuerdo con Schonberger (1997), las actividades realizadas para pre-automatizar facilita el trabajo tanto para las máquinas.

4.1.2. AUTOMATIZACIÓN Se conoce así al proceso que permite que las máquinas realicen un número predeterminado de operaciones ordenadas, a través del uso de dispositivos y sistemas que facilitan el control de diferentes variables del proceso, limitando a su vez la intervención humana (Kalpakjian, 2002). Por lo general, un proceso de automatización industrial es generado por la convergencia de tres tecnologías: mecánica, electrónica e informática, las cuales le dan dirección a los procesos tecnológicos, asegurando su optimización, en forma de sistemas automáticos (Córdoba, 2006). 4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA En la industria manufacturera, la automatización puede implementarse a partir de la intervención en áreas básicas como: los procesos de manufactura, el manejo de material, los procesos de inspección, como se esquematiza en la Figura 1 y otros procesos como ensamble y empaque (Kalpakjian, 2002).

Ilustración 1_ Áreas Básicas de Automatización en la industria de manufactura

4.2.

AUTOMATIZACIÓN EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ

Siendo reconocida como una industria de media alta tecnología, medida por su importante nivel de inversión en Investigación y Desarrollo (European Commission Joint Research Centre, 2013), la industria automotriz sigue siendo un sector que en todo el mundo afronta retos como la regionalización, saturación de algunos mercados, la globalización (Rico, Sánchez, & Laverde, 2012), así como los avances tecnológicos, los nuevos competidores y su continua reestructuración.

4.2.1. AUTOMATIZACIÓN EN EL ENSAMBLE DE VEHÍCULOS. De acuerdo con Michalos et al (2010) las plantas de ensamble, propias de este sector, cuentan con una estructura tradicional, que comprende cuatro etapas: estampado, body shop, pintura y ensamble final. La mayor parte de las operaciones de ensamble, se realizan en dos secciones: Body Shop y Ensamble Final. De acuerdo con estas 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA estructuras, se diseñan los sistemas de montaje, los cuales pueden variar, de acuerdo con el sistema de montaje que se requiera: a. montaje manual, b. montaje flexible c. montaje semi-automatizado y d. montaje fijo. La decisión sobre el tipo de montaje, tendrá que ver con variables como los volúmenes de producción, los tamaños de lote a fabricar, la flexibilidad que se requiera. 4.2.1.1. Manejo de Materiales Existen varias razones para automatizar los procesos de manejo de materiales. En la investigación de Michelos et al (2010) argumentan los autores costos relacionados con el manejo de materias primas, así como de material y partes en proceso y de productos terminados; adicionalmente, la necesidad de disminuir daños en los mismos, debido a manejos no apropiados. Los autores mencionan que actualmente, la principal industria de implementación de sistemas robóticos para estas actividades es la automotriz, tanto en las OEM como en sus proveedores. 4.2.1.2.

Uniones

Por lo general, los procesos en una línea de montaje implican la unión de dos o más componentes con el fin de producir subconjuntos. Estos procesos de unión, en las empresas de ensamble de vehículos son realizados a través de procesos como  soldadura, grafado y grapado. Soldadura: técnicas de soldadura por arco, como el metal de gas inerte (MIG), gas inerte de tungsteno (TIG) y arco metálico manual (MMA) son ampliamente adaptadas. La soldadura de punto generalmente tiene, la mayor participación en el ensamble de las cabinas de los vehículos.  Grafado: Originalmente fue considerado como un proceso de ensamble, (un método usado para unir dos láminas de metal, por ejemplo, la parte externa e interna de la puerta de un automóvil). 

4.2.2. AUTOMATIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE PIEZAS PARA VEHÍCULOS. Las industrias de autopartes enfrentan retos similares a los mencionados de las empresas ensambladoras, con componentes adicionales como: a. Requisitos de cumplimiento de órdenes con mayor nivel de complejidad, dependiendo de los requerimientos de cada cliente, del nivel de exportación de la empresa (para enfrentar requisitos legales como etiquetas individuales para cada país, por ejemplo), b. 4.2.2.1. Tecnologías de inspección del producto Con el fin de mejorar los objetivos de calidad de producción en procesos de manufactura, se han desarrollado tecnologías de automatización my soluciones TIC. En el caso de inspección de producto, es posible realizar recolección de datos en línea. Para la fabricación de productos de alta complejidad, se requerirán sistemas que permitan comprobar datos de manera flexible, en 3D e integrando los sistemas de sensores múltiples. Para realizar este proceso se requiere el desarrollo de arquitecturas de TIC que permitan apoyar la inspección en línea y el intercambio de datos en tiempo real (Colledani, y otros, 2014). 4.2.2.2. Tecnologías de control de procesos Teniendo en cuenta la complejidad de los procesos de manufactura y de las piezas en fabricación, en algunos casos, será necesario implementar control de procesos. Este tipo 6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA de automatización involucra el monitoreo y control de las variables críticas de la máquina en la cual se elabora el producto, de manera que se pueda mantener información sobre la condición del equipo y un diagnóstico avanzado, así como la posibilidad de mantenimiento con baja interferencia con el sistema de producción (Colledani, y otros, 2014).

4.3.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

La introducción de las computadoras y de la microelectrónica extiende el campo de la automatización industrial ya que permite a través del manejo de la información (alimentación, procesamiento, salida) transformar los instrumentos de producción y aún la totalidad de los procesos productivos de algunas industrias. Se continúa y extiende así el proceso de automatización electromecánica que se Inicia a principios del siglo. La nueva era de la automatización se basa en la fusión de la electrónica con los antiguos mecanismos automáticos que funcionaban utilizando diferentes medios mecánicos neumáticos, etc. dando origen al robot., a las máquinas herramientas computarizadas, a los sistemas flexibles de producción, etc. 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 la 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. (Tecnologia, 2015)

4.4.

INGENIERÍA CONCURRENTE

La ingeniería concurrente, también llamada por muchos autores: “ingeniería simultánea”, es un fenómeno que aparece a principios de la década de los ochenta en el Japón y que llega a Europa a través de América, fundamentalmente Estados Unidos, a finales de esa misma década. El objetivo de una empresa industrial es, en pocas palabras: "Diseñar productos funcionales y estéticamente agradables en un plazo de lanzamiento lo más corto posible, con el mínimo coste, con el objetivo de mejorar la calidad de vida del usuario final". Evidentemente, este objetivo se debe alcanzar dentro de la filosofía del libre mercado, donde la industria debe vivir de sus propios recursos. La ingeniería concurrente que ahora se aborda es una filosofía basada en sistemas informáticos y, como la gran mayoría de estos sistemas, su aportación fundamental consiste en una muy evolucionada forma de tratar la información disponible. Bajo esta idea se han planteado diversas posibles definiciones, pero quizá la que mejor responde 7

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA a esta idea es: "Filosofía de trabajo basada en sistemas de información y fundamentada en la idea de convergencia, simultaneidad o concurrencia de la información contenida en todo el ciclo de vida de un producto sobre el diseño del mismo". Englobando en el diseño del producto tanto el propio producto como el sistema productivo que lo hace posible. Esta filosofía de trabajo involucra, dentro de una compañía, a todas las personas y entes que participan de cualquier manera en el ciclo de vida de un producto en la responsabilidad del diseño del mismo. Evidentemente, el diseño ya no es una tarea unipersonal, es una tarea de equipo. Es responsabilidad del equipo y, por tanto, las decisiones importantes deben ser tomadas en función de la información aportada por cada una de las personas afectadas, haciendo referencia directa a proveedores y subcontratistas. (Tecnologia, 2015)

4.5.

CONTROL, IDENTIFICACIÓN Y SIMULACIÓN DE PROCESOS:

Los avances teóricos, tanto en Identificación de Procesos como en Control Basado en Modelos, son muy vastos, pero existen posibilidades de realizar aportes en el campo de la aplicación industrial. En adaptación de parámetros de controladores clásicos, la mayoría de los desarrollos se centran en la búsqueda de los valores óptimos para un cambio de referencia. En muchos casos, en la industria, no se admite este tipo cambios, debiéndose ajustar el controlador solo frente a las perturbaciones del sistema. Se han hechos desarrollos en el área, como el IFT, que serán tomados como base para este trabajo. (Feldgen, y otros, 2012)

4.6.

REDES DE SENSORES EN AMBIENTES INDUSTRIALES:

Se continúa con la investigación de la integración de sensores empotrados económicos, adaptables y configurables utilizando redes de sensores inalámbricos del tipo IEEE802.14.5, IEEE802.15.4e y similares, a los sistemas de control. El diseño de redes de sensores robustas que permitan verificar la controlabilidad y observabilidad del sistema en presencia de fallas y con redundancia se seguirá analizando y estudiando desde el punto de vista de la teoría de sistemas complejos, Estos sistemas requieren sistemas no lineales y adaptativos tomando en cuenta que los sensores requieren sistemas en tiempo real basados en eventos y controladores con diferentes características, tales como basados en eventos, en tiempo e híbridos para estimar el desempeño de los procesos controlados. Los problemas a tener en cuenta son los impuestos por un sistema de control multivariable que opera sobre un canal de comunicaciones con fallas; la ubicación física de los sensores, su redundancia y cobertura espacial; la sincronización de datos de múltiples nodos redundantes; el uso eficiente de los actuadores; los efectos del muestreo basado en eventos y los efectos sobre la vida útil del sensor y su batería. (Feldgen, y otros, 2012)

4.7.

ROBÓTICA INDUSTRIAL.

La visión es muy útil para que el robot obtenga sin contacto información del ambiente de trabajo. Los sensores de fuerza/torque son importantes para realizar tareas en que la herramienta entra en contacto con el medio y debe controlar las fuerzas externas y/o acomodarse a restricciones de vínculo. Otra capacidad deseable del controlador, es la de permitir que el robot realice tareas con redundancia en la manipulación que le 8

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA permitirían, por ejemplo, evitar singularidades, obstáculos y completar tareas descompuestas en subtareas con prioridades en la ejecución. Para cumplirlas, se debe interpretar y ejecutar instrucciones de movimiento que definen menos grados de libertad que los que tiene el manipulador. Sin embargo, las publicaciones en todas estas áreas mencionan usualmente trabajos desarrollados en ambientes de laboratorio, o en robots industriales, pero con controladores especialmente diseñados y los resultados no son directamente trasladables al ámbito industrial. Por otro lado, las trayectorias a realizar por el robot en todos los casos son básicamente conocidas de antemano y sintetizables mediante un número relativamente pequeño de movimientos elementales. Sin embargo, nuevas aplicaciones, pueden requerir trayectorias complejas, con un número muy elevado de puntos de paso no conocido antes de ejecutar la tarea (que puede durar días). Un ejemplo, es el ensayo de maniobras de satélites. Por consiguiente, se está trabajando en una mejor articulación entre los resultados de los trabajos de investigación y los comandos, funciones y capacidades de los controladores comerciales. (Anigstein, 2012)

V.

HIPOTESIS El control de entrada y salida de automóviles, sería más seguro a implementar procesos analizados, con un análisis más profundo garantizando la competitividad y sustentabilidad mediante la adecuación de sus procesos de ensamblaje y manufactura, sacando provecho de su inversión en automatización.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

Referencias Anigstein. (2012). Plataforma Externa Generadora de Trayectorias para un Robot Industrial. Buenos Aires - Argentina. catarina. (14 de enero de 2016). udlap. Obtenido de udlap: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lad/contreras_c_me/capitulo1.pdf Feldgen, M., Clúa, O., Zanini, A., Anigstein, M., Godfrid, C., Ferreira, F., & Felicioni, F. (2012). Integración de Nuevas Tecnologías en Automatización Industrial. Obtenido de http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/46152/Documento_completo.pdf?s equence=1 Tecnologia, P. y. (2015). AUTOMATIZACIÓN EN LA MANUFACTURA. Obtenido de http://cursos.aiu.edu/Procesos%20y%20Tecnologia%20de%20Manufactura/PDF/Tema %205.pdf

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