Automatización industrial

Robots industriales trabajando en una fábrica de automóviles.

La automatización industrial (automatización: del griego antiguo auto, ‘guiado por uno mismo’) es el uso de sistemas o elementos computarizados, electromecánicos, electroneumáticos y electrohidráulicos para fines industriales. Como una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.

Automatización

La automatización, como su nombre lo indica, es poder hacer que algo se controle de manera autónoma o semiautónoma. Generalmente para lograrlo se necesita la ayuda de cinco elementos, ya sea creados por los seres humanos o provenientes de la naturaleza (mecánico, hidráulico, neumático, eléctrico, electrónico analógico o digital), que dependerán del presupuesto para automatizar, por razones lógicas de seguridad y rendimiento del mismo.^{[cita requerida]}

Ahora bien, ¿físicamente cómo se ve un sistema automatizado? La respuesta que se nos viene a la mente a la mayoría son brazos robóticos de ensamblaje y cosas demasiado sofisticadas, pero en verdad puede ser cualquier cosa que se imagine con algunos de los elementos dichos, un claro ejemplo puede ser que una puerta se cierre automáticamente de la forma que se desee, si se hace de forma neumática sería necesario un compresor, un pistón acoplado a la puerta y algo que accione dicho pistón, y si fuese eléctrico con motores e interruptores. Otro ejemplo básico es un elevador.

En la industria como en cualquier caso en que se necesite automatizar no solo es necesario que la máquina o lo que fuere cumpla con su rol, sino también que sea seguro y preciso; un brazo robótico de ensamblaje tiene que tener una gran precisión; un elevador tiene que ser seguro, por ejemplo si alguien está ingresando al elevador no tiene que moverse si una persona llamase el elevador en otro piso.

¿Para qué alguien querría un sistema semiautomatizado? Es cómodo que algún aparato haga las cosas sin que haya que estar presentes para ejecutarlo, pero a veces es importante tener algún tipo de control sobre lo que hace una máquina; así, en un tren subterráneo se puede hacer que acelere y frene en las paradas, pero si alguien por algún motivo termina entre las vías al sistema automatizado no le interesará, ya que no está diseñado para ello, y ahí es donde el maquinista puede actuar.

Antecedentes históricos

Prehistoria

Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un objeto pesado con un sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron capaces de sustituir la energía humana o animal por formas naturales de energía renovable, tales como el viento, las mareas, o un flujo de agua.

Todavía después, algunas formas de automatización fueron controlados por mecanismos de relojería o dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poder artificiales —algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir acciones simples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos—. Dichos primeros dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatas y datan posiblemente del año 300 a. C.

Siglo XIX

En 1801, la patente de un telar automático utilizando tarjetas perforadas fue dada a Joseph Marie Jacquard, quien revolucionó la Industria textil.

La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial. Algunas ventajas son repetitividad, control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integración con sistemas empresariales, incremento de productividad, y reducción de trabajo humano. Algunas desventajas son requerimientos de un gran capital, decremento severo en la flexibilidad, y un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparación. Por ejemplo, Japón ha tenido necesidad de retirar muchos de sus robots industriales cuando encontraron que eran incapaces de adaptarse a los cambios dramáticos de los requerimientos de producción, no siendo posible justificar sus altos costos iniciales

Siglo XX

Ya en el siglo XX comenzó a desarrollarse una diferenciación entre la primera revolución industrial, cuyo núcleo estaba centrado en la mecanización (máquina de vapor, telar mecánico) y se inició a fines del siglo XVIII, y lo que se llamó recientemente la segunda revolución industrial (en la segunda mitad del siglo XX) que se centraba en torno a la automatización de la industria.​

La automatización había existido por muchos años en una escala pequeña, y para mediados del siglo XX aún utilizaba mecanismos simples para automatizar tareas sencillas de manufactura. El concepto solamente llegó a ser realmente práctico con la adición (y evolución) de las computadoras digitales, cuya flexibilidad permitió manejar cualquier clase de tarea. Las computadoras digitales con la combinación requerida de velocidad, poder de cómputo, precio y tamaño, como para ser aplicadas en la industria, empezaron a aparecer en la década de los años 1960. Antes de ese tiempo, las computadoras industriales eran exclusivamente computadoras analógicas y computadoras híbridas. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el control de la mayoría de las tareas simples, repetitivas, tareas semiespecializadas y especializadas, con algunas excepciones notables en la producción e inspección de alimentos. Como un famoso dicho anónimo dice, "para muchas y muy cambiantes tareas, es difícil reemplazar a los seres humanos, quienes son fácilmente vueltos a entrenar dentro de un amplio rango de tareas, más aún, son producidos a bajo costo por personal sin entrenamiento".

La automatización y el cuerpo humano

Existen muchos trabajos que no presentan el riesgo inmediato de la automatización. Ningún dispositivo que haya sido inventado puede competir, en la precisión y certeza en muchas tareas, contra el ojo humano; tampoco contra el oído humano. Cualquier persona puede identificar y distinguir mayor cantidad de esencias que cualquier dispositivo automático. Las habilidades para el patrón de reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más allá de cualquier expectativa de los ingenieros de automatización.

Tecnologías que componen la automatización industrial

• Electricidad industrial.
• Neumática industrial.
• Oleohidráulica industrial.
• Autómatas programables.
• Comunicaciones industriales.
• Robótica industrial.

Sistemas de control distribuido

Existe un concepto fundamental y muy actual en torno a la automatización industrial y es el de DCS (sistemas de control distribuido). Un sistema de control distribuido está formado por varios niveles de automatización que van desde un mínimo de 3 hasta 5. Los mismos se denominan: nivel de campo (donde se encuentran los sensores y actuadores), nivel de control (donde se encuentran los PLCs o las Estaciones de Automatización), nivel de supervisión (donde se encuentran las Estaciones de Operación y los Servidores de Proceso), nivel MES (donde se encuentran PCs con softwares especializados para la distribución de toda la información de planta así como la generación de reportes)y el nivel ERP (donde se encuentran igualmente PCs con softwares especializados para la planificación y administración de la producción de toda la industria o empresa).

Se utilizan computadoras especializadas y tarjetas de entradas y salidas tanto analógicas como digitales para leer entradas de campo a través de sensores y para generar, a través de su programa, salidas hacia el campo a través de actuadores. Esto conduce para controlar acciones precisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso industrial. (Se temía que estos dispositivos fueran vulnerables al error del año 2000, con consecuencias catastróficas, ya que son tan comunes dentro del mundo de la industria).

Interfaces hombre-máquina

Las interfaces hombre-máquina (HMI) o interfaces hombre-computadora (CHI) suelen emplearse para comunicarse con los PLCs y con otras computadoras, para labores tales como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controles automáticos o respuesta a mensajes de alarma. El personal de servicio que monitorea y controla estas interfaces son conocidos como ingenieros de estación y el personal que opera directamente en la HMI o SCADA (Sistema de Control y Adquisición de Datos) es conocido como personal de operación.

Prueba de automatización

Otra forma de automatización que involucra computadoras es la prueba de automatización, donde las computadoras controlan un equipo de prueba automático que es programado para simular seres humanos que prueban manualmente una aplicación. Esto es acompañado por lo general de herramientas automáticas para generar instrucciones especiales (escritas como programas de computadora) que direccionan al equipo automático en prueba en la dirección exacta para terminar las pruebas.

Automatización y política fiscal

Un estudio realizado por dos profesores de la Universidad de Ball State reveló que entre 2000 y 2010, alrededor del 87 % de las pérdidas de empleos en la industria manufacturera norteamericana se debían al incremento en la eficiencia de las fábricas, proveniente de la automatización y una mejor tecnología. Solamente un 13 % de las pérdidas de puestos de trabajo se debieron al comercio, de acuerdo con CNN.​

Con la aceleración en la adopción de la tecnología de inteligencia artificial se espera que más personas sean desplazadas por la automatización en el futuro próximo; lo cual ha generado una discusión intensa de política pública en 2017. Bill Gates, el fundador de Microsoft, ha defendido la idea de que los robots deben pagar impuestos para compensar por el desempleo tecnológico. Por otro lado, Lawrence Summers, economista norteamericano, contestó a Bill Gates diciendo que cobrar impuestos de una actividad que genera riqueza no sería lógico, y lo que habría que hacer para enfrentar la pérdida de empleos, es invertir recursos en educación y reentrenamiento.​

Aplicaciones emergentes

La automatización de procesos tiene diversos campos de aplicación e involucra a múltiples ramas de la ingeniería. Gracias al avance de nuevas tecnologías emergentes en el contexto de la Industria 4.0 como son Internet de la Cosas (IoT / IIoT), machine learning, inteligencia artificial, big data, sistemas computacionales en la nube, realidad virtual y aumentada, blockchain, robótica, conectividad 5G, ciberseguridad, entre otros, se hace posible la apertura de nuevos campos de aplicación, donde se busca optimizar los procesos productivos, fortalecer la cadena de valor, aumentar el eficiencia operacional y mejorar la productividad de las empresas.​ Así tenemos por ejemplo:

Minería automatizada

La minería automatizada implica la eliminación del trabajo humano del proceso minero.​ La industria minera está en la transición hacia la automatización. La minería automatizada es un término general que se refiere a dos tipos de tecnología. El primer tipo se refiere a la automatización de procesos y software; el segundo tipo se ocupa de aplicar la tecnología robótica a los vehículos y equipos mineros.

Automatización de los procesos de negocio

La automatización de los procesos de negocio​ es la automatización industrial de los procesos de negocio complicados​ a través de la habilitación de tecnología. Se puede optimizar un negocio para hacerlo más sencillo,​ lograr transformación digital, aumentar calidad en el servicio, mejorar los servicios repartidos o contener los costos. Automatización de los procesos de negocio puede conseguir la integración de aplicaciones, la reestructuración de la fuerza laboral y usar software de aplicación a través de toda la organización. Se puede implementar la automatización de los procesos de negocio en varias áreas que incluyen mercadotecnia,​ ventas​ y flujo de trabajo.​

Platooning

Platooning es la construcción de una autovía automatizada.​ El platooning reduce la distancia entre vehículos empleando para ello enganches electrónicos, y también, posiblemente dispositivos mecánicos. Este mecanismo permite que los vehículos engarzados puedan acelerar o frenar síncronamente, de tal forma que se elimina la distancia de reacción necesaria para los humanos, permitiendo insertar una mayor cantidad de vehículos en las carreteras. La puesta en circulación de este sistema de transporte necesita de la adquisición de nuevos vehículos o de la modificación de los actuales para que pueda implementarse en ellos el platooning. Los vehículos inteligentes permitirán, debido a sus sistemas de inteligencia artificial a bordo, incluirse o abandonar los platoons.

Métodos

El diseño, implementación y puesta en marcha de máquinas y plantas están específicamente orientados para la automatización.​ Los métodos y soluciones son el resultado de un modelo generalizado de observación de sistemas físicos reales. Los métodos de la técnica de automatización están, en parte, adaptados a ciertos procesos específicos.

Válvula de control como actuador en un proceso automatizado.

La mayoría de los métodos generales modernos de automatización de procesos utilizan modelos teóricos o experimentales de procesos en forma analítica. Sobre la base de estos modelos, los métodos para el diseño y la puesta en marcha de varias funciones de automatización pueden fundamentarse científicamente. Estos incluyen métodos tales como:

• Identificación y estimación de parámetros
• Control adaptativo
• Seguimiento y diagnóstico
• Lógica difusa
• Algoritmos evolutivos
• Redes neuronales artificiales

Los sistemas de automatización basados ​​en la ciencia han dado lugar a modelos de regulación y control (autoajustables o continuamente adaptables) que se autosupervisan y proporcionan funciones de diagnóstico.

Los métodos orientados a procesos se utilizan para desarrollar dispositivos y sistemas mecatrónicos. Estos incluyen, por ejemplo, el modelado asistido por ordenador, la simulación y el control digital de robots, máquinas herramienta, motores de combustión interna, vehículos de motor, accionamientos hidráulicos, neumáticos y eléctricos, donde se desarrollan métodos de diagnóstico probados en la práctica. La solución de automatización debe utilizar la infraestructura existente y adaptarse a los procesos existentes.​ De particular importancia son el desarrollo y la prueba de métodos de "inteligencia computacional", es decir, una combinación de lógica difusa, redes neuronales y algoritmos de optimización evolutiva.

Importancia económica y social

La automatización y la racionalización van de la mano. En la producción disminuye el trabajo manual, aumenta la productividad y disminuyen los costes laborales. La automatización para cualquier rama económica es una causa importante de la disminución del volumen de trabajo como consecuencia del aumento de la productividad. La automatización también crea nuevos puestos de trabajo. Hay nuevas máquinas y sistemas con un mayor grado de automatización y suelen tener un mercado más grande. Las plantas y máquinas automatizadas tienen un ciclo de producción corto y pueden actualizarse y adaptarse fácilmente a nuevos productos.

Los éxitos y la importancia de las industrias clave son posibles gracias a las constantes mejoras en la automatización. Las máquinas reducen la proporción de trabajo monótono para los humanos. También la automatización no se limita solo a las aplicaciones industriales, por ejemplo; en el ámbito de los servicios de pago automático en bancos, o la factura de la luz autogenerada. Además, muchas de las actividades del hogar (por ejemplo, lavar la ropa con una lavadora) o de la vida cotidiana (ajustar la presión de los frenos de un vehículo motorizado con un sistema antibloqueo de frenos (ABS) y/o ESP) han surgido como resultado de la proliferación de procesos de automatización.

Véase también

• Cibernética
• Ingeniería de control
• Ingeniería en automatización y control industrial
• Ingeniería electromecánica
• Ingeniería mecatrónica
• Regulación automática
• Renta Básica Universal
• Robótica
• Robot industrial
• Cuarta revolución industrial

Referencias

• Datos: Q5086032