Automatización y Robótica
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Universidad Tecnolgica de Puebla
Automatizacin y Robtica
Manual de asignatura
Carrera Electricidad Y Electrnica Industrial
Programa 2004
Ing. Magdalena Villar Salvador
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Electricidad y Electrnica Industrial Automatizacin y Robtica
Universidad Tecnolgica de Puebla Ing. Magdalena Villar Salvador Pgina 2
Crditos
Elabor: Ing. Magdalena Villar Salvador Revis: Revisin ortogrfica, formato y estilo: Lic. Jos Luis Catzalco Len Autoriz: Ing. Marcos Espinosa Martnez
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Medidas de seguridad
El tcnico electrnico trabaja con electricidad, dispositivos electrnicos, motores y
otras mquinas rotatorias. Tiene que usar frecuentemente herramientas de mano y
mecnicas para construir los prototipos de nuevos dispositivos a realizar experimentos.
Utiliza instrumentos de prueba para medir las caractersticas elctricas de los
componentes, dispositivos y sistemas electrnicos.
Estas tareas son interesantes e instructivas, pero pueden presentar ciertos riesgos
si se efectan descuidadamente. Por consiguiente es esencial que el estudiante aprenda
los principios de seguridad en cuanto comienza su carrera y que practique estos ejercicios
en toda su actividad subsiguiente de trabajo.
La realizacin del trabajo en condiciones de seguridad requiere seguir
deliberadamente un procedimiento apropiado para cada labor. Antes de emprender una
tarea, el tcnico debe tener perfecto conocimiento de lo que tiene que hacer y de cmo ha
de hacerlo. Debe planear su labor, colocar en el banco de trabajo limpiamente y de
manera ordenada las herramientas, equipo e instrumentos que ha de necesitar. Debe
quitar todos los objetos extraos y apartar los cables todo lo posible de manera segura.
Cuando trabaje en mquinas rotatorias o cerca de ellas debe tener bien sujeto y
abrochado su traje de trabajo, de modo que no pueda ser enganchada ninguna parte de
l.
Las tensiones de lnea (de energa) deben ser aisladas de tierra por medio de un
transformador de separacin o de aislamiento. Las tensiones de lnea de energa pueden
matar, por lo que no deben ponerse en contacto con ellas las manos ni el cuerpo. Se
deben comprobar los cables o cordones de lnea antes de hacer uso de ellos, y si su
aislamiento est roto o agrietado no se deben emplear estos cables. El alumno debe
evitar el contacto directo con cualquier fuente de tensin. Medir las tensiones con una
mano en el bolsillo. Usar zapatos con suela de goma o una alfombra de goma cuando se
trabaja en el banco de experimentacin. Cerciorarse de que las manos estn secas y que
no se est de pie sobre un suelo hmedo cuando se efectan pruebas y mediciones en un
circuito activo, o sea conectado a una fuente de tensin. Desconectar sta antes de
conectar los instrumentos de prueba en un circuito activo.
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Utilizar enchufes o clavijas de seguridad en los cables de lnea de las herramientas
mecanizadas y equipos no aislados (clavijas con tres patas polarizadas). No anular la
propiedad de seguridad de estas clavijas utilizando adaptadores no conectados a tierra.
No invalidar ningn dispositivo de seguridad, tal como un fusible o un disyuntor,
cortocircuitndolo o empleando un fusible de ms amperaje del especificado por el
fabricante. Los dispositivos de seguridad estn destinados a protegerle a usted y a su
equipo.
UN COMPORTAMIENTO JUICIOSO Y CON SENTIDO COMN EN EL
LABORATORIO SER GARANTA DE SEGURIDAD Y HAR SU TRABAJO
INTERESANTE Y FRUCTFERO.
PRIMEROS AUXILIOS.
Si ocurre un accidente, desconecte inmediatamente la red o lnea de energa.
Comunique inmediatamente el accidente a su instructor.
Una persona accidentada debe permanecer acostada hasta que llegue el mdico,
y bien arropado para evitar la conmocin. No intentar darle agua ni otros lquidos si est
inconsciente y asegurarse de que nada pueda causarle an ms dao. Se le cuidar
solcitamente mantenindola en postura cmoda hasta que llegue el mdico.
RESPIRACIN ARTIFICIAL.
Una conmocin elctrica fuerte puede causar un paro respiratorio. Hay que estar
preparado para practicar la respiracin artificial inmediatamente, si esto ocurre. Se
recomiendan dos tcnicas:
1. Respiracin de boca a boca, que se considera la ms eficaz.
2. Mtodo de Schaeffer.
Estas instrucciones no estn destinadas a desanimarle, sino a advertirle de los riesgos
que se pueden presentar en el trabajo de un tcnico electrnico.
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ndice Crditos.................................................................................................................. 2 Medidas de seguridad........................................................................................... 3 ndice ..................................................................................................................... 5 Contenido............................................................................................................... 7 I. Introduccin a la Automatizacin y a la Robtica ................................... 8 1.1. Automatizacin............................................................................................. 8 1.1.1. Fundamentos de la Automatizacin ............................................................. 8 1.2. Importancia de la Automatizacin............................................................... 12 1.3. Futuro de la Automatizacin ....................................................................... 15 1.4. Introduccin a la Robtica .......................................................................... 18 1.4.1. Leyes de la Robtica .................................................................................. 19 1.4.2. Impacto de la robtica ................................................................................ 19 1.4.3. Definicin del Robot Industrial .................................................................... 23 1.5. Evaluacin Automtica ............................................................................... 25 II. Sistemas flexibles de manufactura ......................................................... 26 2.1. El entorno de la produccin industrial......................................................... 26 2.2. Control numrico directo............................................................................. 29 EJERCICIO 1 ......................................................................................................................31 III. Control numrico CAD - CAM.................................................................. 33 3.1. Control numrico por computadora ............................................................ 33 3.2. Redes en CNC y PLCS .............................................................................. 35 3.3. Control Adaptativo ...................................................................................... 41 3.4. CAD/CAM................................................................................................... 42 EJERCICIO 2 .......................................................................................................................46 IV. Programacin del Robot industrial ......................................................... 52 4.1. Robtica ...................................................................................................................52 4.2. Anatoma del Robot y sus perifricos ......................................................................55 4.3. Sistema de control del Robot...................................................................................58 4.4. Programacin del Robot .........................................................................................60 EJERCICIO 3 ......................................................................................................................70 Gua de Prcticas ...............................................................................................................72
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V. Aplicacin en sistemas Automatizados .............................................................75 5.1. Aplicacin en sistemas automatizados electrohidrulicos y electroneumticos.....75 5.2. Aplicacin de un SFM .............................................................................................75 5.3. Aplicacin de sistemas de evaluacin automtica ...................................................75 Bibliografa .........................................................................................................................83
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Contenido
OBJETIVO GENERAL Utilizar diferentes componentes para integrarlos en un sistema automtico. HABILIDADES POR DESARROLLAR EN GENERAL Ser capaces de implementar un sistema automtico donde se le requiera.
Horas Teora Prctica Total Pgina
23 52 75 I Introduccin a la Automatizacin y
a la Robtica 5 0 5 8
II Sistemas flexibles de manufactura 3 2 5 26
III Control numrico CAD - CAM 10 25 35 33
IV Programacin del Robot Industrial 5 10 15 52 Gua de prcticas de la Unidad IV 67
V Aplicacin en sistemas automatizados 0 15 15 75
Bibliografa 83
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I Introduccin a la automatizacin
y a la robtica OBJETIVO PARTICULAR DE LA UNIDAD Conocer los aspectos fundamentales de la automatizacin y la robtica. HABILIDADES POR DESARROLLAR EN LA UNIDAD Conocer los aspectos fundamentales de la automatizacin y la robtica.
Saber en la Teora (5 hrs.)
1.1. AUTOMATIZACIN.
CONCEPTO DE AUTOMATIZACIN, TIPOS Y MEDIOS DE AUTOMATIZACIN (MECNICOS, HIDRULICOS, ETC.)
1.1.1 FUNDAMENTOS DE LA AUTOMATIZACIN
Al borde del cambio de siglo, cada pas basa su desarrollo tecnolgico en la
capacidad que tienen sus industrias e instituciones para investigar y proponer nuevos
sistemas, materiales y equipos que satisfagan alguna necesidad as como su
competitividad y flexibilidad para cambios de modelos de productos en sus lneas de
produccin.
Para lograrlo se establece un modelo o perfil de empresa en el que se incluyen,
entre otros conceptos, algunos como stos:
Personal altamente entrenado, capaz de asumir varias funciones dentro de la
empresa y con inters en aprendizaje de nuevas tecnologas.
Sistemas de calidad controlada como ISO 9000 y QS 9000, que aseguren la
mejora continua de personal, productos y servicios.
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Alto grado de automatizacin en sus lneas de produccin, permitiendo el fcil
cambio de modelo segn demanda, evitando al mximo tiempos muertos de produccin,
calidad constante, baja conservacin de los equipos y ahorro de energa.
Compromiso con la sociedad y su entorno ambiental con normas tales como ISO14000 y QS 14000.
Filosofas de Mejora Continua como Kaisen.
Conceptos de conservacin en lugar de mantenimiento de equipos. El
enfoque de este trabajo es el aspecto de la integracin de equipos para el logro de estos
objetivos. La automatizacin es la herramienta con el que se lleva a cabo, por lo que se
propone la siguiente definicin segn los conceptos ya analizados.
Automatizacin: Es la tcnica formada por las disciplinas, Mecnica, Elctrica,
informtica y Electrnica que trata del diseo, fabricacin, instalacin y programacin de
dispositivos o sistemas los cuales sustituyen la mano del hombre en los procesos o
sistemas de produccin, prueba, ajuste y calibracin, con elementos de mecanismo y
controles autnomos.
Basados en la definicin, se plantea la filosofa para automatizar, as como la
necesidad de liberar al personal operativo de trabajos rutinarios y tediosos, evitar el
contacto con equipo, materiales peligrosos y lejos de zonas de alto riesgo. Con esto se
persigue ubicar al operador de maquinaria en un trabajo como supervisor donde
desarrolle sus facultades intelectuales y proponga nuevas mejoras.
Adems de provocar desarrollo personal, los sistemas de produccin automatizados
logran:
Una alta calidad, constante y factible de mejorar. Menor mantenimiento correctivo y mantenimiento preventivo bien planeado. Correccin de fallas por auto-diagnstico. Planeacin de la produccin por sistemas computarizados. Informacin actualizada de la produccin en cantidad y calidad. Menores riesgos de accidentes e incremento en el nivel de seguridad. Mejora en la imagen de la compaa.
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Menos gastos y cuotas referentes a seguridad y accidentes, etc.
Sin embargo, esta forma de trabajo exige de inversiones financieras iniciales,
personal capacitado para instalacin y operacin del equipo, una mentalidad enfocada a
realizar cualquier tarea con la mxima calidad posible y una buena actitud de apertura y
cambio para mejorar.
A esta manera de trabajar se le conoce hoy en da bajo los conceptos de sistemas de produccin competitivos, de clase mundial, de alto rendimiento, o produccin y calidad total, mejora continua, etc.
Junto con la disposicin y formas de trabajo en cada empresa, estn los tipos de
tecnologas para lograrlo, por ello es conveniente tener un buen adiestramiento tcnico
Universitario.
Para lograr realizar un automatismo se requiere del conocimiento de varias
tcnicas, equipos y principios de funcionamiento. Las especialidades de mayor
demanda son:
Electrnica, Computacin, Neumtica, Hidrulica, Diseo Mecnico y Elctrico.
El xito de automatizar es el de usar cada equipo segn convenga y no limitarse a
una sola tcnica por ser la ms conocida.
Algunos criterios de seleccin o definicin de equipos son los siguientes:
Fuerza en los movimientos. (Piezas a trabajar, tipos de movimientos, etc.).
Rapidez en el ciclo de trabajo. (Velocidad, aceleracin, etc.).
Exactitud. (Caracterstica del sistema de alcanzar una posicin con la mnima tolerancia o
error).
Repetibilidad
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(Seguridad de que despus de n ciclos el sistema sigue colocndose en la misma
posicin como al principio).
Condiciones de seguridad. (Contra explosin, manejo de sustancias txicas, etc.).
Condiciones de higiene. (Libre de posibles impurezas y contaminacin).
Trabajo pesado. (Trabajo de alta frecuencia de ciclo y trabajo continuo).
Flexibilidad. (Con facilidad de adaptarse a modificaciones segn necesidades).
Gasto de energa. (Uso y consumo de determinada fuente de energa).
Facilidad de operacin. (Facilidad de arranque, operacin y mantenimiento, etc.).
Soporte tcnico. (Asesora en campo, garanta, entrega rpida, informacin en el idioma adecuado).
Costos. (Precio de equipo, tiempo de entrega, crditos, condiciones de pago, etc.).
Origen. (Seleccin de equipo de procedencia determinada y marca con presencia mundial).
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1.2. IMPORTANCIA DE LA AUTOMATIZACIN
IMPACTO DE LA AUTOMATIZACIN EN LA PRODUCCIN Y EN EL ENTORNO SOCIOECONMICO. CRITERIOS DE IMPLANTACIN DE SISTEMAS AUTOMTICOS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA
AUTOMATIZACIN.
Demanda de proyectos de automatizacin, anlisis histrico: La integracin
mundial de los procesos productivos obliga a los industriales a tener lneas de produccin
compatibles a otras similares en otras plantas de productos semejantes (en el pas o en el
mundo). Es decir, aparte de que se pueda cambiar fcilmente el tipo de producto en una
lnea, tambin deben poderse cambiar los equipos de trabajo y el personal an entre
plantas. As se busca satisfacer la calidad que el cliente requiere y mejorar lo que la
competencia ofrece. La forma de lograrlo est enfocada a la adecuacin de un sistema
de alta administracin y la herramienta por excelencia a usar es la Automatizacin.
Lo anterior lleva a establecer ciertos criterios de diseo que deben cubrir quienes
aspiran a ser proveedores de elementos, equipo y proyectos de automatizacin. En cada
ramo de industrias se persigue ajustarse a normas o estndares y son las empresas
lderes quienes tratan de implantar sus formas y procedimientos. El auxilio de las
instituciones educativas o de capacitacin y de las oficinas de normas, tratan de dar un
equilibrio a esta gran carrera, logrando as armona entre mtodos de trabajo.
Antes de la llamada revolucin industrial, los productos y procesos de produccin
estaban dirigidos a la satisfaccin de algunas necesidades bsicas del ser, y la manera de
fabricarlos era artesanal, esto es, uno a uno sin tomar en cuenta la exacta repeticin de
procedimientos, calidad, y condiciones de trabajo. No se tomaba en cuenta el concepto de
calidad total. No exista la Automatizacin y slo se contaba con algunas herramientas de
trabajo. No exista el concepto de mantenimiento o conservacin de equipos y
herramientas.
Durante la Revolucin Industrial (1760 - 1830), la produccin dio un giro, ahora
contaba ms el volumen de producto y la forma de cmo lograrlo. Se implantaron
mtodos y mecanismos para lograr hacer funciones y trabajos aislados y especficos, se
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disearon mquinas y una de las principales formas de energa era el vapor. La filosofa
de trabajo y del trabajador cambio, la calidad mejor y sobre todo obtuvo mayor
constancia. Inici la Mecanizacin de los procesos y la construccin de mquinas y
herramientas.
En relacin, al mantenimiento de los equipos, slo se daba de manera correctiva
(MC), no exista el concepto de mantenimiento preventivo. Aunque comenzaba el diseo
de herramientas, poco importaban la mquina respecto a la mano de obra, ya que en la
fabricacin de un artculo, sta intervena en ms de un 90%.
Conforme la industria ha ido evolucionando, las mquinas son ms complejas; y ya
en 1914, con el advenimiento de la primera guerra mundial se hizo patente la necesidad
de que algunas de estas mquinas (las vitales e importantes), trabajaran
ininterrumpidamente, de manera ms eficiente y a mayor velocidad; con lo que nace la
automatizacin (aunque no se le conoca con este trmino); surge tambin el concepto
de mantenimiento preventivo (MP), sistemas de mejoramiento de la calidad y
mejoramiento continuo de la produccin.
Entre la primera y segunda guerra mundial inicia el uso del aire comprimido como
forma de energa ms conveniente para la operacin de herramientas. Posteriormente es
la electricidad la que gobierna el diseo de mquinas logrndose gran versatilidad en los
sistemas y circuitos de control automatizados.
En la actualidad se considera que las mquinas llevan mas del 90% de las labores
de produccin, por lo que se ha llegado a determinar que las mquinas vitales e
importantes deben cumplir con funciones totalmente automatizadas y aplicrseles labores
de conservacin programada y uso de planes contingentes que permitan que stas
proporcionen el servicio en calidad y cantidad adecuadas.
As en el periodo de 1950 a 1970, el mantenimiento se rige bajo el concepto de
Mantenimiento productivo (PM) y a partir de los 70s existe el Mantenimiento productivo
total (TPM). Es tambin a fines de los 60s y todos los 70s que nacen e inician su
crecimiento los PLC (Programmable Logic Control o Controles Lgicos Programables),
con los cuales los automatismos y las labores de conservacin y mejoramiento de la
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calidad arrancaran una carrera vertiginosa que llega hasta nuestros das. Es en esa
poca cuando verdaderamente se adopta la palabra Automatizacin como la tarea de liberar la mano del hombre de los trabajos repetidos o mecanizados. La conservacin y
mantenimiento ahora se entienden como las actividades necesarias a realizar con las
cuales la mquina o herramienta cumpla las funciones para la cual fue diseada.
Podemos resumir que, a medida que la ciencia y la tecnologa avanzan usando
diferentes formas de energa, distintos tipos de produccin y diferentes conceptos de
cmo lograr la conservacin de mquinas, procesos y medio ambiente; las empresas
prefieren sistemas o lneas de produccin totalmente automticas, poco trabajo de
conservacin, con la versatilidad de cambios de producto sin ningn paro y sin desmeritar
la calidad.
Vivimos en una sociedad globalizada, en donde la competencia por hacerlo mejor,
ms barato, rpido y con menos esfuerzo es motivo de mbito mundial. Aunque no es
conveniente automatizar todo; por lo que en la presente obra se integran algunos
conceptos de tecnologas y equipos con el fin de formar criterio de dnde, cmo, cundo y
por qu disear y construir un proceso automtico.
CONDICIONES DE CLIENTES Y PROVEEDORES:
Las empresas demandan cada vez con ms frecuencia, proyectos de
automatizacin en donde deben tomarse en cuenta por parte del cliente, caractersticas
como las siguientes:
Que puedan adaptarse fcilmente cambios mecnicos futuros. Que los equipos hidrulico, neumtico, elctrico, electrnico, etc., tengan garanta y
soporte en el lugar que opera la planta.
Si el proyecto o maquinaria se transfiere a otro lugar o pas; que se tengan garantas de servicio y refacciones con rapidez, en el mismo sitio de operacin del equipo, o
envos confiables y rpidos.
Que se cuente con manuales de operacin, mantenimiento y reparacin de fallas, de ser posible en el idioma local.
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Algunas veces el proyecto deber ir acompaado con un estudio econmico de recuperacin de la inversin.
Que los equipos empleados sean compatibles con nuevos modelos de la misma marca y/o entre marcas.
En lo que se refiere a controles electrnicos, que tengan posibilidad de enlace o comunicacin entre ellos y la computadora personal ( personal computer PC.)
Para algunos casos se debe presentar junto con el proyecto, software de control, administracin, comercializacin o mantenimiento preventivo del equipo o lnea de
produccin.
Que dentro de los manuales de usuario del equipo existan rutinas de conservacin y mantenimiento bien especficas.
Que exista por parte del proveedor capacitacin para la operacin de los equipos.
Con necesidades a cubrir como las anteriores, la mejor oferta para el cliente resulta
ser los proyectos LLAVE EN MANO. Las compaas que se esfuercen en trabajar bajo
este principio seguramente lograrn la mayor y mejor presencia en el mercado.
1.3. FUTURO DE LA AUTOMATIZACIN
PERSPECTIVAS A CORTO, MEDIANO Y LARGO PLAZO DE LOS MEDIOS
AUTOMTICOS.
El estilo de operacin como el mencionado anteriormente, LLAVE EN MANO, es
difcil de lograr por parte de un slo proveedor, ya que tambin se requiere de la extrema
especializacin en cada equipo; no se trata de ser especialista en todo porque ya en la
simple frase existe una paradoja, sino se trata de integrar a los mejores en cada tema.
La manera de trabajo que ms resultado puede dar es el hacer alianzas
tecnolgicas entre proveedores, distribuidores, prestadores de servicios, diseadores e
integradores de equipos.
Las alianzas tecnolgicas se refieren a establecer, por parte de los diseadores e
integradores de automatismos, convenios, contratos o plizas de servicio con los cuerpos
tcnicos de cada marca de equipo lder y lograr el uso eficiente de cada elemento,
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evitando daos por mala instalacin, operacin, transporte o arranque. No representa
ningn casamiento con determinada marca, es simplemente usar al que sabe en lo que
sabe.
Es evidente que los equipos de trabajo irn ampliando sus conocimientos y
experiencias, de tal manera, que una sola persona pueda integrarse a trabajos de
distintas especialidades, hasta llegar a la coordinacin de proyectos; pero resulta intil
imaginar que en algn momento dejaremos de usar la asesora de otros expertos.
En este aspecto, las instituciones educativas o de capacitacin a travs de sus
especialistas debern participar con mayor frecuencia para lograr cada da, mejorar la
vinculacin y pertinencia entre escuela e industria. Este llamado resulta un reto, ya que
requiere de mayor esfuerzo para el profesor y empresario; convirtiendo al profesor en un
asesor industrial y al empresario en promotor de la capacitacin profesional.
El problema que tiene la industria en cuanto a lograr conjuntar grupos de personal
que satisfagan las condiciones de trabajo anteriores, es la falta de polivalencia y
compatibilidad de conocimientos tecnolgicos de cada profesionista.
Hasta ahora, se resuelve integrando equipos de trabajo con especialistas de
diversas reas de ingeniera, administracin y comercializacin. Muchas veces resulta
difcil hablar el mismo lenguaje entre ellos por estar inclinados, cada uno, a su
especialidad y hay carencia de profesionistas universitarios recin egresados capaces de
estar involucrados en dos o ms reas. Esta deficiencia se cubre, como ya dijimos, con la
experiencia de muchos aos adquirida por el personal de cualquier nivel.
No obstante existen ya Universidades y Tecnolgicos en nuestro pas, tales como
el sistema de Universidades Tecnolgicas (UT), que ofrecen opciones de estudio que
tienden a cubrir esta demanda. Las carreras que ofrecen estas instituciones son, entre
otras:
Electrnica y Automatizacin, Mecatrnica, Telemtica, Mantenimiento industrial,
Procesos de produccin, Administracin, Comercializacin, etc.
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Gran parte de los avances en la capacitacin se debe a la incursin de la industria
privada, a travs de departamentos de diseo, desarrollo y didctica, dedicados a
capacitar en forma prctica sobre las tcnicas de automatizacin y manejo de equipos.
Quiz el inconveniente en estos cursos, es en ocasiones, el enfoque determinado por
cierta marca, aunque a veces es la exigencia o requerimiento de la misma industria.
En resumen, el perfil que deben cubrir los aspirantes a participar en proyectos
referentes a la automatizacin de maquinaria, lneas de produccin y equipo, es:
Estudios polivalentes. (En las principales tecnologas de uso actual: Hidrulica, Neumtica, Elctrica,
Electrnica, Computacin, Idioma ingls, Mercadotecnia, Mantenimiento).
Experiencia laboral. (An cuando sea universitario, o recin egresado, deber participar en la industria
mientras cumple su periodo de enseanza escolar, es decir contar con una
formacin terica practica).
Trabajo en equipo. (Debido al tipo de actividades a desempear, el aspirante deber tomar en cuenta
que slo en equipo se logran los buenos proyectos).
Excelentes relaciones humanas. (Deber tener capacidad de relacionarse con todo tipo de personas sin crear
conflictos).
Deseos de aprendizaje. (Contar con la disposicin y entusiasmo de aprender por medio de cursos, plticas y
acumulacin de conocimientos diarios, sobre nuevas formas de trabajo y
tecnologas. Autoformacin).
Participacin en la enseanza. (Deber estar dispuesto a ensear a sus compaeros lo que ha aprendido y no
bloquear la distribucin de la informacin).
Compromiso con su entorno. (Estar comprometido con el mejoramiento de su rea de trabajo, relacin con sus
compaeros y empresa, comunidad, medio ambiente y relacin familiar).
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Toma de decisiones. (Deber ser capaz de afrontar los retos que requieran toma de decisiones en pro del
buen trabajo, la honestidad, los intereses de la empresa, beneficio de los
compaeros e inters personal, an cuando algunas de ellas parezcan amenazar el
prestigio propio). Reconocer los errores.
Calidad moral. (Que no slo est comprometido a efectuar su trabajo con calidad, sino que
tambin pugne por mejorar continuamente su calidad de vida).
Criterio abierto. (No deber tener ningn principio discriminatorio por raza, credo, o inclinacin
poltica que encuentre en sus compaeros).
Los puntos anteriores podrn servir de interrogatorio personal y profundo para
evaluar y pronosticar el futuro desempeo de quien quiere ocuparse en este campo de la
ingeniera.
1.4. INTRODUCCIN A LA ROBTICA
DEFINICIN DE ROBOT INDUSTRIAL, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL
EMPLEO DE ROBOTS. IMPACTO EN LA PRODUCCIN.
Hace pocos aos era un sueo o visin de pelcula de ciencia ficcin, pero ahora
podemos ver ROBOTS trabajando en tareas industriales de posicionamiento, transporte
de material, pintura, almacenaje, soldadura, ensamble, etc. Y es que la versatilidad,
exactitud, rapidez, limpieza, repetibilidad, bajo consumo de energa, confiabilidad ante el
trabajo continuo, y otras, son caractersticas inherentes a ellos.
Slo quizs en el caso de tareas donde alguna otra tecnologa cubra las
necesidades, es cuando conviene dejar a un lado al robot. Esto es porque el costo para la
mayora de aplicaciones resulta mayor comparado al de otras opciones.
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El principio de operacin se basa en los servos motores agrupados en un control
de movimientos programable y en un diseo mecnico de brazos, bielas y ejes de giro.
Podemos decir que es la aplicacin de varias tcnicas en un slo producto para dar una
solucin ms completa a una tarea de automatizacin.
La palabra robot proviene del checo y la uso por primera vez el escritor Karel
Capek en 1917 para referirse, en sus obras, a mquinas con forma de humana
(humanoide).
En 1940, Isaac Asimov volvi a referirse a los robots en sus libros (Leyes de la
robtica).
1.4.1. Leyes De La Robtica. Leyes imaginarias, propuestas por Isaac Asimov, que controlaran el
comportamiento de los robots. Son las siguientes:
1.- Un robot no puede daar a un ser humano ni, por inaccin, permitir que ste
sea daado.
2.- Un robot debe obedecer las rdenes dadas por los seres humanos excepto
cuando estas rdenes entren en conflicto con la Primera Ley.
3.- Un robot debe proteger su propia existencia hasta donde esta proteccin no
entre en conflicto con la Primera o la Segunda Leyes.
El robot industrial, que se conoce y emplea en nuestros das, no surge como
consecuencia de la tendencia o aficin de reproducir seres vivientes, sino como una
necesidad de los sistemas productivos.
1.4.2. Impacto de la Robtica. La Robtica es una nueva tecnologa, que surgi como tal, hacia 1960. Han
transcurrido pocos aos y el inters que ha despertado, desborda cualquier previsin.
Quizs, al nacer la Robtica en la era de la informacin, una propaganda desmedida ha
propiciado una imagen irreal a nivel popular.
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El auge de la Robtica y la imperiosa necesidad de su implantacin en numerosas
instalaciones industriales, requiere el concurso de un buen nmero de especialistas en la
materia.
La Robtica es una tecnologa multidisciplinaria. Hace uso de todos los recursos
de vanguardia de otras ciencias afines, que soportan una parte de su estructura.
(FIGURA 1.1.) Ejemplo de un robot
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La palabra robot fue usada por primera vez en el ao 1921, cuando el escritor
checo Karel Capek (1890 - 1938) estrena en el teatro nacional de Praga su obra
Rossum's Universal Robot (R. U. R.)
Su origen es de la palabra eslava robota, que se refiere al trabajo realizado de
manera forzada.
Con el objetivo de disear una mquina flexible, adaptable al entorno y de fcil
manejo, George Devol, pionero de la Robtica Industrial, patent en 1948 un manipulador
programable que fue el germen del robot industrial.
En 1948 R. C. Goertz del Argonne National Laboratory desarroll, con el objetivo
de manipular elementos radioactivos sin riesgo para el operador, el primer tele
manipulador. En 1954, Goertz hizo uso de la tecnologa electrnica y del servo control
sustituyendo la transmisin mecnica por elctrica y desarrollando as el primer tele
manipulador con servo control bilateral.
Ralph Mosher, ingeniero de la General Electric en 1958 desarrollo un dispositivo
denominado Handy-Man, consistente en dos brazos mecnicos teleoperados mediante un
maestro del tipo denominado exoesqueleto.
La evolucin de los tele-manipuladores a lo largo de los ltimos aos no ha sido
tan espectacular como la de los robots. Recluidos en un mercado selecto y limitado
(industria nuclear, militar, espacial, etc.) son en general desconocidos.
La sustitucin del operador por un programa de computadora que controlase los
movimientos del manipulador dio paso al concepto de robot.
La primera patente de un dispositivo robtico fue solicitada en marzo de 1954 por
el inventor britnico C. W. Kenward.
George C. Devol, ingeniero norteamericano, inventor y autor de varias patentes,
establece las bases del robot industrial moderno.
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En 1954 Devol concibi la idea de un dispositivo de transferencia de artculos
programada que se patento en Estados Unidos en 1961.
En 1956 Devol y Engelberger comenzaron a trabajar en la utilizacin industrial de
sus mquinas, fundando la Consolidated Controls Corporation, que ms tarde se
convierte en Unimation (Universal Automation), e instalando su primera mquina Unimate
(1960), en la fbrica de General Motors de Trenton, Nueva Jersey, en una aplicacin de
fundicin por inyeccin.
En 1968 J. F. Engelberger firma acuerdos con Kawasaki para la construccin de
robots tipo Unimate.
El crecimiento de la robtica en Japn aventaja en breve a los Estados Unidos
gracias a Nissan, que form la primera asociacin robtica del mundo: la Asociacin de
Robtica industrial de Japn (JIRA) en 1972.
Dos aos ms tarde se formo el Instituto de Robtica de Amrica (RIA), que en
1984 cambio su nombre por el de Asociacin de Industrias Robticas, manteniendo las
mismas siglas (RIA).
Europa tuvo un despertar ms tardo. En 1973 la firma sueca ASEA construy el
primer robot con accionamiento totalmente elctrico. En 1980 se funda la Federacin
Internacional de Robtica con sede en Estocolmo Suecia.
Cinco fases relevantes en el desarrollo de la Robtica Industrial:
1. El laboratorio ARGONNE disea, en 1950, manipuladores amo-esclavo para
manejar material radioactivo.
2. Unimation, fundada en 1958 por Engelberger y hoy absorbida por
Whestinghouse, realiza los primeros proyectos de robots a principios de la
dcada de los sesentas, instalando el primero en 1961. Posteriormente, en
1967, instala un conjunto de ellos en una fbrica de General Motors. Tres aos
despus, se inicia la implantacin de los robots en Europa, especialmente en el
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rea de fabricacin de automviles. Japn comienza a implementar esta
tecnologa hasta 1968.
3. Los laboratorios de la Universidad de Stanford y del MIT acometen, en 1970, la
tarea de controlar un robot mediante computador.
4. En el ao de 1975, la aplicacin del microprocesador, transforma la imagen y
las caractersticas del robot, hasta entonces grande y costoso.
5. A partir de 1980, el fuerte impulso en la investigacin, por parte de las
empresas fabricantes de robots, otros auxiliares y diversos departamentos de
Universidades de todo el mundo, sobre la informtica aplicada y la
experimentacin de los sensores, cada vez ms perfeccionados, potencian la
configuracin del robot inteligente capaz de adaptarse al ambiente y tomar
decisiones en tiempo real, adecuarlas para cada situacin.
1.4.3. DEFINICIN DEL ROBOT INDUSTRIAL.
Existen ciertas dificultades a la hora de establecer una definicin formal de lo que
es un robot industrial. La primera de ellas surge de la diferencia conceptual entre el
mercado japons y el euro americano de lo que es un robot y lo que es un manipulador.
La definicin mas comnmente aceptada posiblemente sea la de la Asociacin de
Industrias Robticas (RIA), segn la cual:
Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de
mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, segn
trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas.
La definicin ms completa es la establecida por la Asociacin Francesa de
Normalizacin (AFNOR) que define primero el manipulador y, basndose en dicha
definicin, al robot:
Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie,
articulados entre si, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es
multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o
mediante dispositivo lgico.
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Robot: manipulador automtico servo controlado, reprogramable, polivalente,
capaz de posicionar y orientar piezas, tiles o dispositivos especiales, siguiendo
trayectorias variables reprogramables, para la ejecucin de tareas variadas.
Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una mueca. Su
unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de
percepcin del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera
cclica, pudindose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material.
1. Manipuladores:
Son sistemas mecnicos multifuncionales, con un sencillo sistema de control, que
permite gobernar el movimiento de sus elementos, de los siguientes modos:
a. Manual: Cuando el operario controla directamente la tarea del
manipulador.
b. De secuencia fija: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de
trabajo preparado previamente.
c. De secuencia variable: Se pueden alterar algunas caractersticas de los
ciclos de trabajo.
2. Grados de libertad.
Se pueden definir los grados de libertad, como los posibles movimientos bsicos
(giratorios y de desplazamiento) independientes.
En la imagen (figura 1.1.) Se muestra el esquema de un robot de estructura
moderna con 6 grados de libertad.
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1. 5. EVALUACIN AUTOMTICA
DEFINICIN DE EVALUACIN AUTOMTICA, IMPORTANCIA, VENTAJAS Y DESVENTAJAS.
ARQUITECTURA DE UN AUTOMATISMO
Como ya se vio, la automatizacin no comprende el uso de un slo equipo y una
sola tecnologa, sin embargo, es comn hablar hoy en da de electrnica y controles
electrnicos para la etapa de procesamiento de seal en una mquina o proceso (tambin
los hay, mecnicos, electromecnicos y neumticos).
En la presente informacin tomaremos en cuenta sobre todo el uso del control y
sensores electrnicos por ser los de mayor demanda actual.
Valindonos de lo anterior, mostraremos en el siguiente diagrama una
configuracin o arquitectura general que interviene en cualquier proyecto de
automatizacin. Cabe sealar que a diferencia de la etapa de control, en lo que se refiere
a los actuadores y an los sensores, no podemos generalizar o tomar como base algn
tipo de tecnologa a usar, ya que stas son aplicadas segn sea la tarea que se realizar,
aunque si el procesador es un control electrnico, las seales que llagan a l y salen de
l debern ser elctricas.
El concepto que exista sobre automatizacin industrial se ha modificado
profundamente con la incorporacin al mundo del trabajo del robot, que introduce el nuevo
vocablo de "sistema de fabricacin flexible", cuya principal caracterstica consiste en la
facilidad de adaptacin de este ncleo de trabajo, a tareas diferentes de produccin.
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II Sistemas flexibles de
manufactura OBJETIVO PARTICULAR DE LA UNIDAD
Comprender el concepto de sistema flexible de manufactura
HABILIDADES POR DESARROLLAR EN LA UNIDAD
Establecer las condiciones para el control de un SFM y un CND
Saber en la Teora (3 hrs.) 2.1. EL ENTORNO DE LA PRODUCCIN INDUSTRIAL
La dcada de los 80`s marc un cambio de orientacin de las polticas y sistemas
de produccin industrial pasando de estar centrada en el producto de una economa de
escala a considerar el proceso como base de una produccin en un mbito globalizado.
El estudio de las caractersticas del entorno industrial revela que casi cualquier
industria se puede transformar en un centro moderno de produccin. Para ello son
necesarios instalaciones, organizacin y mtodos de trabajo.
Por lo anterior, el mercado requiere una diversificacin del producto, mismo que
deber adaptarse a las necesidades especficas del cliente, exigiendo un mejor tiempo de
entrega, calidad y competitividad.
A continuacin las caractersticas del mercado en la dcada de los 90s:
1. Productos con un ciclo de vida corto.
2. Gran variedad de lneas de productos.
3. Productos estandarizados.
4. Demanda de calidad y fiabilidad.
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5. Productos de nueva tecnologa.
6. Nuevos usuarios y usos. Mayor variedad de clientes.
7. Clientes ms exigentes.
8. Mundializacin de la produccin, distribucin, mercados, competencia e
innovacin.
Eso ha conllevado, obviamente a una evolucin y por lo tanto a una confrontacin.
Sin embargo siempre existirn los pretextos como:
1. No se tiene en el Stock el producto solicitado.
2. Los tiempos de entrega son demasiado largos.
3. Los costos no son competitivos.
4. La calidad de los productos es baja.
5. No hay mucha variedad.
Para mejorar esto se debe echar mano de:
1. Programas guas.
2. Una gamma amplia provoca series cortas y no rentables.
3. No se puede tener existencia de todo en el almacn.
4. Considerar las modificaciones que se le pueden hacer a los productos.
5. El uso adecuado del producto.
FBRICA TRADICIONAL FABRICA MODERNA Variedad limitada de productos Gran variedad de lnea de productos Diseo de larga vida para los productos Rpido cambio de diseo de los productos Grandes factoras Plantas menores Plantas centralizadas Plantas descentralizadas Los stocks para desacoplar las etapas del proceso Stock cero Proceso por lotes Flujos continuos Cadenas equilibradas Productos bajo demanda No dejar que se pare el trabajo Mantener los equipos Inspeccin de la calidad Hgalo bien la primera vez Enriquecimiento del puesto de trabajo Operaciones sin personal La concentracin (focus) como concepto organizativo
Plantas multi misin
Gestin con informacin por excepcin Gestin e informacin intensiva Economa de escala Economa de mbito Costos variables Costos de conjunto Mano de obra intensiva Capital intensivo
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La solucin a lo anterior es la Reconversin. Esta trata de la modificacin de la poltica y estrategia industrial para flexibilizar la produccin, adaptarlo a las variaciones del
mercado y las necesidades del cliente, al mismo tiempo que conseguir un costo
competitivo.
Ahora bien, para conseguir la rentabilidad de las empresas, se deben tomar en
cuenta ciertos criterios:
1. Flexibilidad del producto y de los procesos de produccin.
2. Calidad y fiabilidad del producto.
3. Predicibilidad y confiabilidad del proceso.
4. Integracin del producto, proceso y organizacin.
5. Reduccin de tiempos para el lanzamiento de productos nuevos.
6. Eliminacin del gasto no estrictamente necesario.
7. Reduccin de los tiempos de preparacin y espera.
8. Automatizacin de procesos.
9. Aumento de productividad global.
La flexibilidad de un producto se logra mediante tcnicas de diseo modular en
donde el producto terminado se obtiene a partir del ensamblaje de una gran variedad de
grupos. Las tecnologas como el CAD CAM por ejemplo, reducen tiempos de diseo.
Flexibilizar un proceso involucra reducir al mnimo los tiempos de preparacin de
mquinas, se automatizan almacenes, transportes, manutencin de las mquinas y se
especializa la mano de obra.
El resultado de la flexibilidad es muy generoso, considere:
1. Se desplaza la inspeccin de calidad al puesto de trabajo dentro de una poltica de
HBP.
2. Se eliminan barreras funcionales entre departamentos.
3. Se utilizan tcnicas de anlisis estructurados para detectar gastos que no deben
aadirse al valor del producto: paros, esperas, tiempos muertos, etc.
4. Uso de la tcnica Just in time es decir, disponer de materiales y piezas correctas
en cantidad, tipo, momento y lugar preciso.
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5. Mayor estudio de los procesos de mecanizados, estandarizacin de mtodos,
herramientas y utilajes. La automatizacin es de suma importancia en este punto
por proporcionar una disminucin de los tiempos de preparacin y espera.
6. Disminucin de la mano de obra, al suceder eso: disminuyen gastos, aumenta la
productividad, mejora la calidad y se ofrece una mayor variedad.
Otras caractersticas se hallan en la fbrica moderna.
Todo lo anterior lleva a un concepto que involucra varios trminos, dicho concepto
no es otro que la Fbrica Flexible.
2.2. CONTROL NUMRICO DIRECTO DEFINICIN DE CND Y APLICACIN EN UN SFM.
CONCEPTO Y COMPONENTES DE UN SFM.
FBRICA FLEXIBLE
Segn sea el grado de dependencia del proceso respecto al producto, se pueden
establecer cuatro tipos de fabricacin:
1. Independiente.
2. Programable.
3. Flexibles.
4. Dedicados.
Independiente: El proceso no depende del diseo del producto, son los ms flexibles y baratos pero son los menos productivos y de mayor costo unitario. Por ejemplo, un taller
con mquinas-herramienta convencionales. Este proceso es ideal cuando se quieren
elementos poco estandarizados y de corta vida til.
Programable: El proceso puede adaptarse a una variedad de productos. Por ejemplo; las mquinas de control numrico.
Flexibles: Un proceso con una configuracin nica que puede fabricar una amplia gama de productos. Por ejemplo clulas de fabricacin flexible.
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Dedicados: El proceso solo es apto para un diseo nico de productos. Este tipo de procesos es rgido, muy costoso, pero poseen elevada productividad y menor costo
unitario. Por ejemplo, las mquinas transfer. Este proceso es ideal cuando se quieren
elementos estandarizados y de larga vida til.
Entonces establecer qu proceso es conveniente o no, no es tan sencillo, porque
debe analizarse las exigencias que deben cubrirse durante su periodo de amortizacin.
Esta puede ser una clave til en cuanto a la seleccin de un sistema:
Un aumento de la flexibilidad significa una prdida de productividad y un mayor
costo unitario, sin embargo, las caractersticas del mercado condicionan cada da
ms a un sistema de fabricacin flexible.
La premisa fundamental es: Disear un proceso productivo tan rgido como sea
posible y tan flexible como sea necesario.
La flexibilidad no es un objetivo, sino un medio para conseguir la rentabilidad de la
empresa.
Detrs de las fbricas flexibles siempre se encontrarn equipos de produccin
eficaces, capaces de alcanzar productividad y costos parecidos a los de los sistemas
dedicados, polticas de racionalizacin y optimizacin de la produccin que permite
alcanzar niveles de productividad global.
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EJERCICIO 1
Saber Hacer en la prctica (3 hrs.)
Establecer las condiciones para el control de un SFM Establecer las condiciones para el control de un sistema de CND
EJERCICIO
Responda las siguientes cuestiones:
1. Qu es el HBP?
2. Cul es la premisa fundamental de la flexibilidad?
3. Mencione los cuatro tipos de fbricas flexibles que existen.
4. Qu es la Reconversin?
Identifique las caractersticas de la fbrica tradicional (FT) y fbrica moderna (FM)
Proceso por lotes Variedad limitada de productos Plantas menores Gestin e informacin intensiva Economa de mbito Enriquecimiento del puesto de trabajo Productos bajo demanda Los stocks para desacoplar las etapas del proceso Plantas multi misin Gestin con informacin por excepcin Mantener los equipos Plantas descentralizadas Plantas centralizadas Operaciones sin personal Stock cero Economa de escala Inspeccin de la calidad Flujos continuos Grandes factoras Cadenas equilibradas
De los siguientes problemas aconseje alguna (s) solucin (es).
Problema Posible solucin (es) No se tiene en Stock el producto solicitado Los costos no son competitivos. La calidad de los productos es baja. No hay mucha variedad de productos Identifique la rentabilidad de las empresas (RE) y la flexibilidad (F)
Calidad y fiabilidad Integracin del producto Disminucin de la mano de obra Anlisis estructurados de gastos La tcnica Just in time Reduccin de tiempos de preparacin Predicibilidad y confiabilidad Elimina barreras funcionales Estudio de procesos de mecanizado Automatizacin de procesos. Aumento de productividad Estandarizacin de mtodos
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TAREA: Investigar los conceptos de: Productividad, evaluacin automtica, Just in time, Mquinas transfer, CAD-CAM, Manufactura clase mundial (MCM) y Stocks.
ANOTE SUS CONCLUSIONES:
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III Control numrico
CAD-CAM OBJETIVO PARTICULAR DE LA UNIDAD Utilizar sistemas CAD / CAM HABILIDADES POR DESARROLLAR EN LA UNIDAD Saber utilizar sistemas CAD / CAM
Saber en la Teora (10 hrs.)
3.1. CONTROL NUMRICO POR COMPUTADORA
DEFINICIN Y COMPONENTES DEL CNC. IMPORTANCIA, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CNC. MTODOS DE PROGRAMACIN DE UNA MQUINA CNC.
Las mquinas de Control Numrico (CN) son mquinas automticas de corte. Sus
antecesoras, las mquinas convencionales, presentan varias diferencias respecto a estas.
El Control Numrico (CN) se define como:
Un sistema por medio del cual se proporciona a una mquina herramienta una
serie de instrucciones como el cambio de posicin y velocidad. Estas rdenes son
almacenadas en programas, las cuales son procesadas por medio de un circuito
electrnico.
El programa, como se ver posteriormente, esta formada por un lenguaje especial
que contiene una serie de instrucciones que son convertidas en rdenes por medio de
voltajes, y se accionan mediante las tarjetas de control. La secuencia del programa sigue
una lgica que va de acuerdo a la trayectoria de la herramienta de corte, dichas
trayectorias de la herramienta determinan el tipo de mquina que lo trabaja.
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As se tienen:
Fresadoras CNC. Son mquinas automticas capaces de maquinar superficies planas fresado. Su herramienta es una fresa.
Tornos CNC. Mquinas automticas capaces de trabajar en superficies de revolucin: torneado. Su herramienta es un buril, pastilla o insertos.
Centros de maquinados. Pueden realizar operaciones de torneado y fresado.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS MQUINAS CNC
VENTAJAS DESVENTAJAS Ahorro de tiempos muertos Mano de obra calificada Ahorro de tiempos de trabajo Alto costo inicial Eliminacin de guas, plantillas y elementos de referencia
Personal ms capacitado para el mantenimiento mecnico - electrnico
Cambio rpido y fcil del tipo de trabajo Mayor consumo de energa Produccin uniforme Mayor espacio e instalaciones especiales Facilidad en el control de la produccin Organizacin excelente Mayor precisin Necesidad de guardar programas Mayor produccin y poco mantenimiento Mayor informacin normalizada Reduccin de piezas de repuesto Mayor responsabilidad Control de calidad no muy riguroso Equipo delicado Mejores acabados Refacciones fuera del pas Poco desperdicio de material Programacin especializada Poca fatiga del personal Herramientas especiales Programacin rpida
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3.2. REDES EN CNC Y PLCS CONEXIN DE REDES EN CNC Y PLCS.
EL PLC: Se entiende por Controlador Lgico Programable (PLC), o Autmata Programable,
a toda mquina electrnica, diseada para controlar en tiempo real y en medio industrial
procesos secuenciales. Su manejo y programacin puede ser realizada por personal
elctrico o electrnico sin conocimientos informticos. Realiza funciones lgicas: series,
paralelos, temporizaciones, conteos y otras ms potentes como clculos,
regularizaciones, etc.
Tambin se le puede definir como una "caja negra" en la que existen unos
terminales de entrada a los que se conectarn pulsadores, finales de carrera, fotoclulas,
detectores; unas terminales de salida a los que se le conectarn bobinas de contactores,
electro vlvulas, lmparas, de tal forma que la actuacin de estos ltimos est en funcin
de las seales de entrada que estn activadas en cada momento, segn el programa
almacenado.
Esto quiere decir que los elementos tradicionales como rels auxiliares, rels de
enclavamiento, temporizadores, contadores... etc., son internos. La tarea del usuario se
reduce a realizar el "programa", que no es ms que la relacin entre las seales de
entrada que se tienen que cumplir para activar cada salida.
Toda empresa industrial, como productora de bienes, se encuentra sometida a un
entorno altamente competitivo no slo en cuanto sirve al mercado nacional, sino a que
extiende su actividad en el mbito internacional. Para crecer, o aun ms para subsistir, se
ve en la necesidad de adaptarse con rapidez a las exigencias del mercado, intentando
adelantarse a sus competidores; es un entorno cambiante en el que la planificacin
necesaria se hace tanto ms difcil cuanto ms amplo es el horizonte temporal que
contempla.
Hasta ahora la automatizacin de mquinas y procesos ha permitido mejorar la
productividad, la disminucin de costos, y la mejora de la calidad de los productos. Pero
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esto no es suficiente cuando, por ejemplo un producto no obtiene el xito esperado o su
ciclo de vida resulta acortado por la aparicin de un producto sustituto. De ello se derivan
unos costos que no han podido ser absorbidos por la automatizacin tradicional.
Un proyecto de automatizacin integrada requiere una elaboracin muy detallada
que defina las necesidades actuales y los objetivos de la empresa. Si el proyecto est
bien definido podr empezar por la automatizacin de reas de produccin bien
determinadas para la posterior integracin; lo que ser de particular inters para las
empresas ya establecidas que persiguen su modernizacin.
Por esta razn es interesante que aquellos que de alguna forma intervienen en las
decisiones y acciones que afectan el sistema productivo, adquieran un conocimiento
sobre los equipos que la tecnologa actual pone a disposicin de la automatizacin
integrada. El controlador lgico programable es uno de estos equipos, y por ello, es un
equipo que vale la pena conocer.
VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL PLC
No todos los Autmatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lgica cableada, ello
es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y a las
innovaciones tcnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones nos obligan a
referirnos a las ventajas que proporciona un Autmata de tipo medio.
VENTAJAS DEL PLC Las condiciones favorables que presenta un PLC son las siguientes:
1. Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a que
No es necesario dibujar el esquema de contactos. No es necesario simplificar las ecuaciones lgicas ya que, por lo general, la
capacidad de almacenamiento del mdulo de memoria es lo suficientemente
grande.
La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el
contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc.
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2. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni aadir aparatos.
3. Mnimo espacio de ocupacin.
4. Menor costo de mano de obra de la instalacin.
5. Economa de mantenimiento. Adems de aumentar la fiabilidad del sistema, al
eliminar contactos mviles, los mismos autmatas pueden detectar e indicar
averas.
6. Posibilidad de gobernar varias mquinas con un mismo Autmata.
7. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el
tiempo de cableado.
8. Si por alguna razn la mquina queda fuera de servicio, el Autmata sigue siendo
til para otra mquina o sistema de produccin.
INCONVENIENTES DEL PLC.
Como inconvenientes podramos hablar, en primer lugar, de que hace falta un
programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los tcnicos en tal sentido.
Pero hay otro factor importante, como el costo inicial, que puede o no ser un
inconveniente, segn las caractersticas del automatismo en cuestin. Dado que el PLC
cubre ventajosamente un amplio espacio entre la lgica cableada y el microprocesador,
es preciso que el proyectista lo conozca tanto en su amplitud como en sus limitaciones.
Por tanto, aunque el costo inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por
uno u otro sistema, conviene analizar todos los dems factores para asegurarnos una
decisin acertada.
CONFIGURACION DE UN PLC
Por configuracin del PLC se entiende la estructura que adopta su sistema fsico,
esencialmente la unidad de control, el sistema de entradas/salidas y la memoria de la
mquina, a fin de adaptarlo a las particularidades de la aplicacin. Existen bsicamente
dos configuraciones posibles:
Estructura compacta (control centralizado) Estructura modular (control distribuido)
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En el primer caso, una sola CPU o unidad central de proceso soporta varios
mdulos entradas/salidas, que contienen exclusivamente interfaces E/S. Puesto que estos
mdulos no pueden funcionar de forma autnoma, el control queda centralizado en la
CPU nica.
Los Sistemas de control distribuido tienen varios mdulos con sus propias
unidades de proceso y en general con sus propias interfaces E/S.
ARQUITECTURA INTERNA DE UN PLC
Se componen de tres bloques principalmente:
La seccin de entradas. La unidad central de proceso. La seccin de salidas
PLC bsico.
La seccin de entradas, mediante la interfaz, adapta y codifica de forma
comprensible por la CPU las seales procedentes de los dispositivos de entrada, esto es,
pulsadores, finales de carrera, sensores, tambin tiene la misin de proteccin de los
circuitos internos del PLC, realizando una separacin elctrica entre estos y los sensores.
La unidad central de proceso interpreta las instrucciones del programa del usuario y en
funcin de los valores de las entradas, activa las salidas deseadas.
La seccin de salidas, trabaja en forma inversa a la de entrada, es decir,
decodifica las seales procedentes de la CPU y manda con ellas los dispositivos de salida
o actuadores, como lmparas, rels, contactores, electro vlvulas etc., aqu tambin
existe proteccin de los circuitos internos,
Unidad Central
de Proceso
Seccin de salidas
Seccin
de Salidas
Dispositivos de entrada o Sensores
Dispositivos de salida o actuadores
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PROGRAMACIN DE UN PLC
Para lograr que un PLC tenga control sobre una mquina o proceso es necesario
que se le defina una secuencia de rdenes con las que se fija la forma en que las
entradas actuaran sobre las salidas. Para definir la secuencia de ordenes al PLC se
emplea un lenguaje de programacin; este lenguaje se puede definir como el conjunto de
smbolos y textos que sirven para recuperar y enviar informacin al PLC.
Para lograr una adecuada programacin de un PLC es necesario seguir una serie
de pasos:
Determinar que debe hacer el sistema de control y en que orden (por ejemplo,
mediante un diagrama de flujo, una descripcin literal, etc.)
Identificar los componentes (seales) de entrada y salida del automatismo. Representar mediante un modelo el sistema de control, indicando todas las
funciones que intervienen, las relaciones entre ellas y la secuencia que debe
seguir. Esta representacin puede ser algebraica o grfica.
Asignar direcciones de entrada/salida a cada uno de los componentes que aparecen en el modelo.
Codificar la representacin anterior en instrucciones o smbolos apropiados para la programacin.
Transferir las instrucciones al PLC. Depurar el programa.
La programacin del PLC se realiza a partir de una representacin de la mquina o
proceso y de su control. La representacin puede ser:
Proposicional: descripciones literales. Algebraica: funciones Booleanas y aritmticas. Grfica: esquemas de rels, diagramas lgicos, ordinogramas etc.
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En general ninguna forma de representar es estrictamente superior al resto,
depende en cada caso de la complejidad del problema a representar y a quien va dirigida
la utilizacin de una u otra. Incluso es frecuente el empleo combinado de todas ellas en la
representacin final.
Figura 3.1. Esquema de entradas y salidas de un PLC.
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3.3. CONTROL ADAPTATIVO. DEFINICIN DE CONTROL ADAPTATIVO APLICADO A CNC.
La automatizacin de una mquina o proceso productivo simple tiene como
consecuencia la liberacin fsica y mental del hombre de dicha labor. Se denomina
automatismo al dispositivo fsico que realiza esta funcin controlando su funcionamiento.
Todo sistema automtico por simple que parezca tiene el objetivo de controlar la
respuesta de una mquina o proceso productivo, sin que el operador intervenga
directamente sobre sus elementos de salida. Dicho operador manipula nicamente las
magnitudes de las seales denominadas de consigna y el sistema de control se encarga
de gobernar dicha salida a travs de los accionamientos.
Cuando un sistema de control se encarga de tomar ciertas decisiones ante
determinados comportamientos de la mquina o proceso, se habla de un sistema
automtico de control. Para ello se requiere la existencia de sensores que detecten el
comportamiento de dicha mquina o proceso y de unas interfaces para adaptar las
seales de los sensores a las entradas del sistema de control. Este tipo de sistemas se
denomina de lazo cerrado ya que su diagrama muestra un retorno o retroalimentacin
formando un lazo de control.
Figura 3.2. Sistema automtico de lazo cerrado
En los automatismos encontramos habitualmente una diversidad de componentes
o subsistemas de tipo mecnico, hidrulico, neumtico, elctrico. Se trata pues de
sistemas que combinan mltiples tecnologas, haciendo necesario un lenguaje comn
para la coordinacin e integracin optima de todas ellas en el sistema.
Automatismo o Parte de control
Mquina o proceso operativo
Sensores
ActuadoresTrabajo
Ordenes de
Seales de
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Los sistemas de control pueden clasificarse en dos grandes grupos: Sistemas cableados Sistemas programables. Los primeros realizan una funcin de control fija que depende de los componentes que lo
forman y de la forma en que se han interconectado. Por tanto, la nica forma de alterar la
funcin de control es modificando sus componentes o la forma de interconexin.
Los sistemas programables, en cambio, pueden realizar distintas funciones de control sin
alterar su configuracin fsica, sino solo cambiando el programa de control.
Tipo Familia tecnolgica Subfamilia especifica Lgica
cableada Elctrica Rels electromagnticos
Electro neumtica Electro hidrulica Electrnica Electrnica esttica
Lgica Programada
Sistemas informticos: Microprocesadores o microcontroladores
Electrnica Microsistemas Autmatas Programables
Opciones tecnolgicas 3.4. CAD/CAM
DEFINICIN DE CAD/CAM. IMPORTANCIA EN LA PRODUCCIN. CONCEPTO DE CIM.
ANTECEDENTES HISTORICOS
El desafo constante que toda industria tiene planteado para ser competitiva ha
sido el motor impulsor del desarrollo de nuevas tecnologas para conseguir una mayor
productividad.
Debido a que ciertas etapas en los procesos de fabricacin se realizan en
ambientes nocivos para la salud, con gases txicos, ruidos, temperaturas
extremadamente altas o bajas, etc., unido a consideraciones de productividad, llev a
pensar en la posibilidad de dejar ciertas tareas tediosas, repetitivas y peligrosas a un ente
al que no pudieran afectarle las condiciones ambientales adversas: haba nacido la
mquina y con ella la automatizacin.
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Surgieron empresas dedicadas al desarrollo de los elementos que hicieran posible
tal automatizacin; debido a que las mquinas eran diferentes y diferentes las maniobras
a realizar, se hizo necesario crear unos elementos estndar que, mediante la combinacin
de los mismos, el usuario pudiera realizar la secuencia de movimientos deseada para
solucionar su problema de aplicacin particular
Rels, temporizadores, contadores..., fueron y son los elementos con que se
cuenta para realizar el control de cualquier mquina. Debido a la constante mejora de la
calidad de estos elementos y la demanda del mercado, que exiga mayor y mejor calidad
en la produccin, se fue incrementando el nmero de etapas en los procesos de
fabricacin controlados de forma automtica.
Comenzaron a aparecer problemas: los armarios de maniobras o cajas en donde
se coloca el conjunto de rels, temporizadores, y dems elementos constitutivos del
control, se hacan cada vez ms y ms grandes, la probabilidad de avera era enorme, su
localizacin, larga y complicada, el stock que el usuario se vea obligado a soportar era
numeroso y el costo del mismo se incrementaba cada vez ms.
El desarrollo tecnolgico que trajeron los semiconductores primero y los circuitos
integrados despus intentaron resolver el problema sustituyendo las funciones realizadas
mediante rels por funciones realizadas con puertas lgicas.
Con estos nuevos elementos se gan en fiabilidad y se redujo el problema del
espacio, pero no as la deteccin de averas ni el problema del mantenimiento de un
stock. De todas maneras, subsista un problema: la falta de flexibilidad de los sistemas.
Debido a las constantes modificaciones que las industrias se vean obligadas a realizar
en sus instalaciones para la mejora de la productividad, los armarios de maniobra tenan
que ser cambiados, la consiguiente prdida de tiempo y el aumento del costo que ello
produca.
En 1968, Ford y General Motors impusieron a sus proveedores de automatismos
unas especificaciones para la realizacin de un sistema de control electrnico para
mquinas tranfer. Este equipo deba ser fcilmente programable, sin recurrir a las
computadoras industriales ya en servicio en la industria.
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A medio camino entre estos microcomputadores y la lgica cableada aparecen los
primeros modelos de Autmatas, tambin llamados controladores lgicos programables
(PLC's) Limitados originalmente a los tratamientos de lgica secuencial, los Autmatas se
desarrollaron rpidamente, y actualmente extienden sus aplicaciones al conjunto de
sistemas de control de procesos y de mquinas.
CAMPOS DE APLICACIN
La constante evolucin del hardware y software ampla continuamente este campo
para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus
posibilidades. Su utilizacin se da fundamentalmente es aquellas instalaciones en donde
es necesario realizar procesos de maniobra, control, sealizacin, etc., por tanto, su
aplicacin abarca desde procesos de fabricacin industrial de cualquier tipo al de
transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.
Sus reducidas dimensiones, la extrema facilidad de su montaje, la posibilidad de
almacenar los programas para su posterior y rpida utilizacin o alteracin de los mismos,
etc., hace que su eficiencia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se
producen necesidades tales como:
Espacio reducido. Procesos de produccin peridicamente cambiantes. Procesos secuenciales. Maquinaria de procesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programacin centralizada de las partes del proceso.
Ejemplos de aplicaciones generales podran ser los siguientes:
a) Maniobras de mquinas
Maquinaria industrial del mueble y madera. Maquinaria en proceso de grava, arena y cemento. Maquinaria en la industria del plstico. Mquinas-herramientas complejas. Maquinaria en procesos textiles y de confeccin.
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Maquinaria de ensamble Mquinas transfer.
b) Maniobras de instalaciones.
Instalaciones de aire acondicionado, calefaccin, etc. Instalaciones de seguridad.
Instalaciones de fro industrial.
Instalaciones de almacenamiento y trasvase de cereales. Instalaciones de plantas embotelladoras. Instalaciones en industria de automocin. Instalaciones de tratamientos trmicos Instalaciones de plantas depuradoras de residuos. Instalaciones de cermica.
c) Sealizacin y control.
Chequeo de programas. Sealizacin del estado de procesos.
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EJERCICIO 2
Saber Hacer en la prctica (25 hrs.)
Identificar mquinas con CNC. Realizar programas para manipular una mquina CNC. Conectar mquinas CNC y PLCs en red. Establecer las condiciones para el control de un sistema de CND Utilizar un sistema CAD/CAM
DESCRIPCIONES LITERALES
La descripcin del proceso y su control puede hacerse con la enumeracin literal
de las acciones a desarrollar por el mismo, expuestas secuencialmente y con indicacin
de las condiciones de habilitacin o validacin en cada caso.
La ventaja de estas descripciones, que es a su vez su principal inconveniente, es
la ausencia de rigor en la exposicin: cualquier persona, an poco calificada desde el
punto de vista de la automtica, es capaz de explicar lo que debe hacer un proceso que
conozca.
Figura 3.3. Descripcin literal
El operador pulsa los mandos manuales c y d y se reanuda el ciclo Apriete de la pieza por
medio del cilindro A. Verificacin de este
apriete por la presin comprobada por el manmetro A.
Bajada de la cabeza del taladrado B y rotacin R del taladro.
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FUNCIONES ALGEBRAICAS.
La funcin algebraica de cada salida o funcin de mando puede obtenerse
directamente a partir de las especificaciones del cliente o bien derivarse de ellas
aplicando mtodos de sntesis basados en el lgebra de Boole. Esta representacin
puede ser tan compleja como sea necesario, siempre y cuando se respeten las reglas del
lgebra. Por ejemplo, la alarma S debe activarse cuando el contacto C este cerrado y los contactos A y B en estados opuestos. La funcin Booleana ser:
S = (A B' + A B) C
ESQUEMA DE RELS.
El esquema de rels es la representacin grfica de las tareas del automatismo
mediante smbolos de contactos abierto - cerrado. La funcin de control obtenida
depender de las conexiones entre los distintos contactos de los rels que intervienen.
Figura 3.4. Descripcin por rels
Diagramas lgicos
La representacin del sistema de control por diagramas lgicos se basa en el
empleo de smbolos normalizados (compuertas) que representan funciones lgicas
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directas del lgebra de Boole (AND, OR, etc.) o sistemas lgicos ms complejos
(biestables, registros, contadores, etc.)
Figura 3.5. Descripcin por compuertas.
Diagramas de flujo
Extensamente utilizado por los diseadores de software para PC, el modelo
emplea una simbologa de bloques, convenientemente entrelazados que representan la
evolucin temporal o condicional de las acciones a ejecutar.
Ciertamente para describir el funcionamiento general, puede no serlo tanto cuando
se intenten representar las variables y seales que intervienen y las relaciones entre ellas,
a no ser que el modelo se complete con expresiones algebraicas.
Figura 3.6. Descripcin por diagrama de flujo
Arrancar
Leer la posicin del encoder
Llego a la
posicin
Continuar el movimiento del
tDetener el
V F
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