Unidad 1

(1)

Generalidades

Dr. Victor H. Benitez

Universidad de Sonora

Maestría en Ingeniería Industrial

(2)

Contenido:

1.  Conceptos previos,

2.  Tipos de industrias

3.  Control de procesos

4.  Diferencias entre producción conCnua y discreta

(3)

Conceptos previos:

•  Sistema de Manufactura

•  AutomaCzación

•  Proceso

•  Proceso ConInuo, Discreto y Batch

•  Industria Manufacturera

•  Industria de Procesos

•  Control de Procesos Industriales

•  Algoritmos de Control

(4)

Sistema de Manufactura:

•  Es una colección de equipo integrado y recursos humanos que realizan un

proceso y/o operciones de ensamblado en un material de trabajo, partes o grupo de partes

•  Un sistema de manufactura incluye tanto operaciones manuales como

automaCzadas

•  La disCnción entre operaciones no es clara a veces, ya que hay procesos que se

requieren la intervención humana en tareas semiautomaCzadas

(5)

AutomaCzación:

•  Es el conjunto de métodos y procedimientos para la susCtución del operario en

tareas Usicas y/o intelectuales previamente programadas en un proceso de producción

•  Los humanos pueden estar presentes como observadores o incluso como

parCcipantes, pero el proceso en sí opera bajo su propia auto-‐regulación

•  La automaCzación es implementada por medio de un sistema de control que

ejecuta un programa de instrucciones determinado por un algoritmo

•  La automaCzación es usada cuando:

•  Trabajos tediosos, o consistencia requerida

•  Trabajos peligrosos

•  Tareas que van mas alla de las habilidades humanas (peso, Cempo,

tamaño,etc)

•  Razones económicas

(6)

Componentes de la AutomaCzación:

•  Los componentes generales de un sistema automaCzado consisten de:

•  Energía

•  Que sea ampliamente disponible

•  Que sea facilmente converCble a otra forma de energía: mecánica,

hidráulica, termica, etc.

•  Algoritmo o programa de instrucciones

•  Secuencia de acCvidades

•  Regular una variable controlada

•  Sistema de control

•  Lazo abierto

•  Lazo Cerrado

(7)

Componentes para implementar la AutomaCzación:

•  La automaCzación emplea divesos disposiCvos que interactuan con las

operaciones de producción. El harware usado para implementar un proceso producCvo automaCzado consiste de:

•  Sensores

•  Actuadores

•  Interfaces

•  Controladores de procesos

(8)

•  Sensor: Es un disposiCvo que convierte un esImulo Usico o variable de interés

(por ejemplo, temperatura, fuerza, presión, etc.) en otra forma Usica de mayor conveniencia (voltaje, corriente, etc.)

•  Se les suele clasiﬁcar de acuerdo al Cpo de esImulo Usico que convierten, por

ejemplo

•  Mecánicos, (variable Usica: posición, velocidad, aceleración, fuerza, torque)

•  Eléctricos, (variable Usica: voltaje, corriente, resistencia)

•  Térmicos, (?)

•  Radiación, (?)

•  MagnéCco, (?)

•  Químico, (?)

•  Otra clasiﬁcación es la siguiente: analógicos y discretos

•  Dentro de los discretos se encuentran los binarios y los digitales

(9)

•  Actuador: Convierte una señal de control en una acción Usica

•  Los actuadores suelen ser de Cpo eléctrico, hidráulico y neumáCco

•  Interfaces: La interfaz permite conectar el proceso al controlador del proceso

•  Usualmente las interfaces están consCtuidos por ADCs y DACs

(10)

•  Controlador del Proceso: La gran mayoría de los controladores de procesos estan

implementados en una computadora digital

(11)

Proceso:

•  Por proceso se enCende aquella parte del sistema en que, a parCr de la entrada

de material, energía o información, se genera una transformación sujeta a perturbaciones del entorno, que da lugar a la salida de material en forma de producto

Proceso

Material Energía Información

Perturbaciones

Producto

(12)

Proceso Industrial:

•  Los procesos industriales se conocen como

•  Procesos conCnuos

•  Procesos Discretos

•  Procesos Batch

(13)

Proceso ConCnuos:

•  Los procesos conCnuos se caracterizan por la salida del proceso en forma de

ﬂujo conCnuo de material, por ejemplo la puriﬁcación de agua o la generación de electricidad

(14)

Generación de Electricidad

Tratamiento de Agua

(15)

Proceso Discretos:

•  Contemplan la salida del proceso en forma de unidades o número ﬁnito de

piezas, siendo el ejemplo más relevante la fabricación de automóviles

(16)

Proceso Batch:

•  Son aquellos en los que la salida del proceso se lleva a cabo en forma de

canCdades o lotes de material, por ejemplo la fabricación de productos farmaceuCcos o la producción de cerveza

(17)

Tipos de Industrias Existentes:

•  Podemos disCnguir dos Cpos de industrias y los problemas de automaCzación

asociados a ellas:

•  Industrias Manufactureras

•  Industrias de Procesos

(18)

Industria Manufacturera:

•  Consiste de una serie de acCvidades interrelacionadas y operaciones

involucrando diseño, selección de material, planeación, producción, calidad, administración y mercadeo de bienes de consumo discretos

•  La industria manufacturera se caracteriza por la presencia de máquinas

herramientas, máquinas de control numérico, robots y fabricación ﬂexible basada en equipo de computo.

•  Los principales problemas a resolver son:

•  Planiﬁcación y gesCón de producción

•  Asignación de tareas a máquinas

•  Diseño del layout de la planta

•  OpCmización, etc

(19)

Industria de Procesos:

•  Es aquella en la cual las materias primas son Usica o químicamente

transformadas o dónde la materia y la energía pueden interactuar y transformase una en la otra

•  Ejemplos: Industrias biológicas, cemento, química, electroquímica, vidrio/

cerámica, calentamiento, venClación, aire acondicionado, minerales y metales, petroquímica/reﬁnería, farmacéuCca, generación de potencia eléctrica, papel, tratamiento de aguas, etc.

(20)

Control de Procesos:

Deﬁnición: El control de procesos se reﬁere a la tecnología requerida para diseñar e implementar sistemas de control en la industria de procesos.

ObjeDvo: llevar y mantener las condiciones de un proceso a un valor ópCmo deseado

Cómo se consDtuye: Modelado Usico o experimental, simulación computacional y

opCmización, hardware y sojware de automaCzación, diseño de estructuras de control, estrategias de control

Tecnologías complementarias: Monitoreo/diagnósCco de procesos, planeación/

scheduling

(21)

Control de Procesos

•  El PID fundamentalmente es el control dominante en las ulCmas décadas

•  También juega un papel importante el MPC (Model PredicCve Control), el cual se

usa en problemas que requieren de la opCmización de sistemas mulCvariables y procesos someCdos a restricciones

(22)

Diferencias entre los Cpos de industrias y procesos:

•  Actualmente los procesos industriales pueden ser clasiﬁcados en dos Cpos:

•  De procesos conCnuos

•  De procesos discretos

•  Las tecnologías usadas en los procesos discretos, asisCdas por computadora, son

el tema del presente curso