Conceptos Clave de la Automatización Industrial y Sistemas de Manufactura Flexible (FMS)

Fundamentos de la Automatización

Definición de Automatización

La automatización es la tecnología utilizada para realizar procesos o procedimientos sin la ayuda de las personas.

Razones para Automatizar Procesos

Existen múltiples razones estratégicas para implementar la automatización en la industria. Las cinco principales son:

1. Incrementar la productividad.
2. Reducir el costo operativo.
3. Mitigar los efectos de la escasez de mano de obra.
4. Reducir o eliminar tareas manuales rutinarias.
5. Aumentar la seguridad para los empleados.

Fases de la Estrategia de Automatización

La implementación de la automatización generalmente sigue un proceso de tres fases:

Fase 1: Producción Manual

Se utiliza la producción manual empleando celdas de una estación manejadas por personas que operan independientemente. Esta fase se utiliza inicialmente por razones de costo en herramientas y tiempo.

Fase 2: Producción Automatizada

Se utiliza la producción automatizada empleando celdas de una estación que operan independientemente. A medida que la demanda crece y se vuelve claro que la automatización está justificada, las estaciones son automatizadas para reducir el trabajo e incrementar la tasa de producción.

Fase 3: Producción Integrada Automatizada

Se implementa la producción integrada automatizada utilizando sistemas multi-estación automatizados con operaciones en serie y transferencia de unidades de trabajo automatizada.

Sistemas de Manufactura Flexible (FMS)

Definición de FMS

Un Sistema de Manufactura Flexible (FMS) es un sistema integrado por máquinas-herramientas enlazadas mediante un sistema de manejo de materiales automatizado, operados automáticamente con tecnología convencional o, al menos, por un Control Numérico Computarizado (CNC).

Ejemplo de FMS

Un ejemplo común de FMS es una planta embotelladora.

Clasificación de FMS según el Número de Máquinas

• Celda de máquina sencilla: 1 máquina.
• Celda de manufactura flexible: 2 o 3 máquinas.
• Sistema de manufactura flexible: 4 o más máquinas.

Componentes de un FMS

Los componentes esenciales que integran un FMS son:

• Estaciones de trabajo.
• Sistema de almacenamiento y manejo de materiales.
• Sistema de control computarizado.
• Recursos humanos.

Configuraciones de Layout de FMS

Las configuraciones de distribución física (layout) más comunes para un FMS son:

• Distribución en línea.
• Distribución circular.
• Distribución tipo escalera.

Aplicaciones de FMS

Una aplicación destacada de los Sistemas de Manufactura Flexible es en sistemas con prensas de laminado.

Sistemas de Manufactura Automatizados (SMA)

Definición de SMA

Los Sistemas de Manufactura Automatizados (SMA) se utilizan para la producción masiva de partes que requieren de varias operaciones. Cada operación se realiza en una estación de trabajo. Las estaciones están integradas por un sistema de transporte que comunica a cada estación de trabajo para formar una cadena de producción automatizada.

Configuraciones de un Sistema de Manufactura Automatizado

Las configuraciones principales de un SMA incluyen:

• En línea: Un arreglo de estaciones de trabajo en línea recta.
• En línea dividida en segmentos: Consiste en dos o más secciones de configuraciones en línea para realizar la transferencia.
• Rotacional: Las estaciones de trabajo están colocadas en forma circular.

Niveles de Automatización Industrial

La automatización se estructura en una jerarquía de cinco niveles:

1. Nivel 1 (Dispositivo): Sensores, actuadores, etc. (Hardware).
2. Nivel 2 (Maquinaria): Máquinas individuales.
3. Nivel 3 (Celda o Sistema): Sistemas de manufactura, grupos de máquinas.
4. Nivel 4 (Planta): Sistema de producción.
5. Nivel 5 (Empresa): Sistema de información corporativo.

Estaciones de Trabajo en Sistemas de Manufactura Flexible (FMS)

Las estaciones de trabajo dentro de un FMS cumplen diversas funciones especializadas:

Estaciones de Carga/Descarga

La carga y descarga se puede llevar a cabo manualmente, con procesos automatizados o una combinación de ambas. Es crucial garantizar la seguridad en esta etapa.

Estaciones de Maquinado

Utilizan máquinas de Control Numérico (CNC). Se emplean tanto para partes rotacionales como para no rotacionales.

Otras Estaciones de Proceso

El FMS se aplica a otras operaciones además del maquinado, por ejemplo, la fabricación de hojas de metal, que consiste en punching, shearing, bending, etc.

Ensamblado

Algunos FMS están diseñados para llevar a cabo operaciones de ensamble. Generalmente, se utilizan robots programados para realizar varias tareas en secuencia y movimientos para acomodar diferentes productos.

Otras Estaciones y Equipo Auxiliar

La inspección puede ser incorporada al FMS, así como la limpieza de piezas, el arreglo de tarimas, sistemas centrales de refrigeración, entre otros.

Modos de Control Auxiliar

El control auxiliar gestiona la respuesta del sistema ante fallas o defectos:

Control Instantáneo

Este modo de control detiene la línea inmediatamente cuando se detecta un defecto o un mal funcionamiento. Esta reacción a un problema es la más simple, la más confiable y la más fácil de poner en ejecución.

Control de la Memoria

Se diseña para que la línea siga funcionando. Si existe una falla en cierta pieza, el programa manda una señal para que no se le haga ningún tipo de trabajo en las siguientes estaciones de trabajo, hasta que la pieza llegue al final de la línea.