La automatización industrial es un sistema técnico-organizativo que emplea maquinaria y sistemas de control capaces de automatizar las distintas fases de producción.
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Qué es la automatización industrial
La automatización industrial es la aplicación en la fábrica de los aspectos técnicos de la cibernética, la ciencia que estudia y crea máquinas capaces de “autorregularse”, que pueden ayudar o sustituir al hombre en determinadas operaciones o procesos.
El autómata por excelencia es el robot, con las evoluciones del cobot, el robot colaborativo, del bot, el software que se comunica con los humanos, de los AGV – Vehículos Guiados Automáticamente. Los autómatas más antiguos son mecánicos, no electrónicos.
Pero la automatización industrial no sólo incluye los autómatas, sino todos los medios y tecnologías capaces de reducir la necesidad de intervención humana, como los sistemas de control y la informática distribuida. Es decir, los controladores lógicos programables (PLC), las máquinas de control numérico, diferentes programas informáticos como MES – Manufacturing Execution System (Sistema de ejecución de fabricación), SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition (Control de supervisión y adquisición de datos), PLM – Product Lifecycle Management (Gestión del ciclo de vida del producto), ERP – Enterprise Resource Planning (Planificación de recursos empresariales).
Por último, pero no por ello menos importante, las diferentes arquitecturas informáticas: nube, niebla y computación de borde, combinadas según sea necesario para optimizar la carga, la gestión y el almacenamiento de datos en tiempo real.
La automatización industrial lleva a gobernar los diferentes flujos de energía e información, minimizando la intervención humana y garantizando la productividad y la seguridad incluso en condiciones de riesgo.
Diferencia entre automatización y mecanización
Hoy en día, la automatización incluye y supera la mecanización. Durante mucho tiempo, los dos términos fueron coincidentes: la mecanización, de hecho, es la sustitución del trabajo humano físico por máquinas, un proceso que comenzó con la primera revolución industrial.
La automatización no es solo mecanización, sino que implica la integración de las propias máquinas en un sistema más amplio de regulación y control que se autogobierne, como la Industria 4.0.
Hoy en día, la automatización no solo tiene que ver con el trabajo humano, sino también con la planificación, la supervisión y la gestión de los procesos, con intervenciones para reconfigurar la producción.
¿Cuándo nació la automatización?
La automatización nació con el propósito de sustituir a los humanos en tareas repetitivas o perjudiciales, por lo tanto, como mecanización. Un precursor de los sistemas de automatización modernos fue el regulador de velocidad de James Watt a finales del siglo XVIII, diseñado para mantener la velocidad constante de las locomotoras de vapor independientemente del peso o de las pendientes de la carretera.
Otro ejemplo fue la autonomía proporcionada por el sistema “justo a tiempo” de Toyota, que surgió en los años 50 como respuesta al sistema de producción en cadena.
El desarrollo de la electrónica en las décadas de 1970 y 1980, con los microcontroladores y los sistemas de control distribuido para regular los procesos químicos y térmicos y los PLC en sustitución de los cuadros electromecánicos, condujo a la simplificación del intercambio de información entre las redes de comunicación y los sensores inteligentes.
La difusión de la World Wide Web en la década de 1990 añadió otro elemento básico para la aparición de la Internet de los objetos, que conecta en red sensores, actuadores, software de procesamiento y bases de datos de almacenamiento para intercambiar datos en tiempo real y liberar información útil para tomar decisiones o, mediante la comparación con el historial, proceder de forma independiente.
El Internet Industrial de las Cosas, o la aplicación industrial del IoT, ha impactado en todas las formas de automatización industrial contemporánea, integrando diferentes tecnologías en un único sistema que optimiza la gestión de las diferentes fases de producción.
¿Cómo funciona un sistema de automatización industrial? La pirámide CIM y el modelo Purdue
La fabricación integrada por ordenador es un modelo piramidal que ilustra la lógica de funcionamiento de un sistema automatizado a nivel industrial.
En la base de la pirámide se encuentra el nivel “campo”. Es decir, el lugar de los procesos que hay que controlar, donde se encuentran todos los sensores para medir los datos de ejecución. El nivel superior es el “control”, con dispositivos como controladores, reguladores, actuadores, que procesan los datos de los sensores y los combinan con los parámetros de los objetivos que hay que alcanzar. El siguiente nivel es la “supervisión” a través de ordenadores y sistemas de control remoto; en la cúspide de la pirámide se encuentra el nivel “empresa”, donde se encuentran las demás actividades empresariales.
Por otro lado, el modelo Purdue de la ISA 95, la norma internacional de la Sociedad Internacional de Automatización prevé, tras el nivel de campo cero: un nivel uno de “campo de células” con dispositivos inteligentes como sensores y actuadores; un nivel dos de “campo de células” con sistemas de control como PLC, DCS y SCADA; un nivel tres de “área” con sistemas operativos de fabricación, y después sistemas MES y ERP; un nivel cuatro de “gestión/área” con sistemas logísticos empresariales.
¿Cuántos sistemas de automatización industrial existen?
La automatización industrial puede ser “rígida” o “flexible”. La automatización “rígida” afecta a las operaciones de proceso, montaje e inspección. Operaciones en las que la secuencia de operaciones es rígida, con tareas repetitivas y de alta frecuencia.
Por otro lado, la automatización “flexible” se refiere a la gestión de materiales y productos, de ahí la logística y las máquinas que pueden moverse libremente en el espacio.
Automatización rígida
Las operaciones de procesamiento pueden ser realizadas por una sola máquina o por una célula de mecanizado formada por varias máquinas con sistemas de alimentación de piezas gestionados por un software de procesamiento. La alimentación de máquinas es aplicable a diferentes tipos de máquinas industriales, programadas para ser utilizadas en una única operación repetitiva: desde máquinas CNC hasta máquinas de plegado o máquinas utilizadas en procesos de fundición a presión.
Cada operación del proceso puede gestionarse según el modelo de Purdue: desde los sensores cerca del campo hasta la célula con los sistemas de control, pasando por las áreas de software que supervisan todo el proceso de producción, incluida la logística.
Automatización flexible
La gestión de productos y servicios cae bajo el paraguas de la automatización flexible: se lleva a cabo mediante lanzaderas accionadas eléctricamente, AGV – Vehículos Guiados Automáticamente, cobots que se programan para compartir espacio con los humanos, pero también mediante etiquetas RFID para identificar de forma exclusiva las mercancías entrantes, centralitas telefónicas integradas en ERP que supervisan en vídeo la llegada de camiones, picking por voz y transelevadores para palés.
Cuando diferentes tipos de producción se procesan de forma automatizada simultáneamente, hablamos de un Sistema de Fabricación Flexible (FMS): en tiempo real, cada máquina del sistema puede realizar el mecanizado de diferentes piezas. Un FMS, que también utiliza cobots en las líneas de producción, está formado por las máquinas de procesamiento, un sistema de transporte de material y un ordenador central.
Automatización industrial: ventajas
La automatización industrial permite aumentar la velocidad y el volumen de producción y optimizar los recursos. De hecho, la supervisión IIOT abarca no sólo el rendimiento y el estado de los equipos, sino también el uso de los recursos humanos y medioambientales en el ciclo de producción, así como las condiciones de seguridad del trabajador y del consumidor final.
La automatización industrial mejora los procesos de producción, la calidad de los productos y la previsión de la demanda, reduce errores y costes, aumenta la flexibilidad operativa y apoya la toma de decisiones. Un ejemplo es el mantenimiento predictivo: los datos proporcionados por los sensores de la maquinaria o de la línea de producción son procesados por un software especial que permite “predecir” un fallo e intervenir antes de que se produzca.
La automatización industrial reduce la producción y las sobrecargas de trabajo, minimiza los tiempos de inactividad y la congestión de datos informáticos y aumenta la fiabilidad de la empresa.
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