Sensores

A grandes rasgos, un sensor será un dispositivo capaz detectar variaciones en magnitudes físicas o químicas y convertir estas a su vez en variables de tipo eléctrico que puedan ser utilizadas para trabajar con ellas. Estas magnitudes fisicas y quimicas podrán ser desde temperatura, hasta velocidad, pasando por otras como la presión o la humedad por ejemplo.

Los componentes principales de un sensor serán los siguientes:

- Captador: Se encargará de percibir las variaciones en dichas magnitudes.

- Transductor: Convertirá la magnitud recibida en señal eléctrica.

- Acondicionador: Acondicionara correctamente la señal proveniente del transductor ajustando niveles de voltaje e intensidad.

SISTEMA DE CONTROL

Seguidamente se muestra la estructura básica de un sistema de control en el cual estará integrado el sensor. El sensor será el encargado de registrar las variaciones en la magnitud que se quiera medir, haciendo variar la señal que llegará al comparador y este la comparará con la de la entrada. El controlador hará el seguimiento de los posibles cambios, haciendo que el actuador trabaje en consecuencia a estos.

TIPOS DE SENSORES

Seguidamente se muestra un pequeño resumen de los diferentes tipos d sensores que podemos encontrar hoy en día.

Analógicos: parámetro sensible – magnitud física

• Resistencia R – desplazamiento, temperatura, fuerza (galgas)

• Capacidad C – desplazamiento, presencia

• Autoinducción, reluctancia L – desplazamiento (núcleo móvil)

• Efecto Seebeck – temperatura (termopar)

• Piezoelectricidad – fuerza, presión

• Dispositivos electrónicos – temperatura, presión

• Avanzados: ionización, ultrasonidos, láser, cámaras CCD, etc.

Digitales: binarios o n bits

• Fin de carrera – presencia (interruptor)

• Dilatación – temperatura (termostato)

• Resistencia, capacidad, autoinducción – presencia

• Efecto fotoeléctrico – presencia (1 bit), posición (n bits), velocidad

Seguidamente se explicará a grandes rasgos el funcionamiento de un sensor fotoeléctrico:

Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que “ve” la luz generada por el emisor. Todos los diferentes modos de sensado se basan en este principio de funcionamiento. Están diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas.

Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz incluye un transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal eléctrica y puede incluir electrónica para condicionamiento de la señal, compensación y formateo de la señal de salida.

El sensor de luz más común es el LDR -Light Dependant Resistor o Resistor dependiente de la luz-.Un LDR es básicamente un resistor que cambia su resistencia cuando cambia la intensidad de la luz. Existen tres tipos de sensores fotoeléctricos, los sensores por barrera de luz, reflexión sobre espejo o reflexión sobre objetos.

Automation production system II

En este post daremos un paso más y seguiremos adentrándonos en materia en el libro Automation Production Systems de M.P. Groover.

Esta vez, el tema a tratar será el denominado como Manufacturing Operations u operaciones de fabricación. Esta puede ser entendida desde dos puntos de vista diferentes:

- Punto de vista tecnológico: Aplicación de procesos físicos y químicos para alterar la geometría, propiedades y/o apariencia de un material de partida para hacer productos.

- Punto de vista económico: Tomando el valor como referente en todo este proceso.

INDUSTRIAS DE FABRICACIÓN Y DE PRODUCTOS

Continuando con el libro, nos encontramos con una básica clasificación de diferentes ámbitos en cuanto a tipo de producto, realizando una breve diferenciación entre los diferentes sectores.

Centrándonos en el segundo sector, nos disponemos a diferenciar entre diferentes tipos de producción.

- Producción continua: Los equipos se usan exclusivamente para un determinado producto, o productos de características muy similares. En este tipo de producción la salida de material es ininterrumpida.

- Producción en lotes: El procesamiento de los materiales será en cantidades determinadas, pero admitirá gran diversidad de productos.

OPERACIONES DE FABRICACIÓN

A lo largo del capitulo se mencionarán los siguientes tipo de operaciones de fabricación.

- Procesado y ensamblado: Se trata de modificar las propiedades físicas a través de energía (mecánica, térmica, eléctrica, química), logrando aumentar el valor del producto.

- Manejo de materiales y almacenamiento: Se  define como el movimiento y almacenaje de los materiales entre operaciones. Suele acarrear grandes perdidas y aumento de costes para las fabricas.

- Inspección y test: Controles de calidad para poder asegurar un producto de garantías.

- Coordinación y control: Control de los procesos individualmente y organización de actividades a nivel de planta.

CONCEPTOS LIGADOS A LA FABRICACIÓN

- Tasa de producción: Partes producidas por unidad de tiempo.

- Tiempo de ciclo de operación: Tiempo total del procesamiento de una pieza.

- Capacidad de producción: Capacidad de producción máxima para una determinada línea de producción.

- Disponibilidad: Suma de tiempos entre fallos y reparaciones.

- Manufacturing lead Time: Tiempo total ajustado del procesado de una pieza o producto.

- Costes:

· Fijos: Costes que no varían dependiendo del nivel de producción.

· Variables: Varían en función de la producción.

Automation production system

Para desarrollar el apartado de APS, tomaremos como referencia el libro Automation Production Systems de M.P. Groover, el cual podremos encontrar en versión pdf entro los materiales didácticos de la asignatura.

Esta materia tratará sobre los sistemas de producción utilizados para la manufacturación de productos y de sus componentes. Según el autor, la sistemas de producción serán conjuntos de:

• PERSONAS
• EQUIPAMIENTO
• PROCEDIMIENTOS

Los sistemas de producción estarán divididos en dos grandes grupos como podemos ver a continuación.

• FACILITIES: Hace referencia a las instalaciones del sistema de producción.
• MANUFACTURING SUPPORT SYSTEMS: Procedimientos y conocimientos utilizados durante el proceso de producción. Será el Know-How de la empresa acerca relacionado con estos sistemas.

PRODUCTION SYSTEMS FACILITIES:

Entre otros puntos de importancia, a lo largo de libro se analizarán temas como la correlación entre la variedad de productos y la cantidad de estos. Como podemos apreciar en las siguiente grafica, esta relación será inversa, es decir a mayor profundidad de gama, menor cantidad de cada producto encontraremos en cada uno de ellos.

A continuación se detallará como deberá organizarse cada línea de producción dependiendo en todo momento de la cantidad de producto que este sea tratado.

• Producción de pequeñas cantidades:

La clave para este tipo de producción será la flexibilidad, y también la polivalencia de los operarios del sistema producción. En el caso de que se trate de un producto de gran peso, este se mantendrá quieto en el lugar (Fixed position).

Los componente se almacenarán en la propia fábrica donde se realiza el proceso, y serán clasificados por tipos como se puede ver a continuación.

• Producción de cantidades medianas:

En este caso se deberán diferenciar dos casos, situaciones con gran variedad de productos, y situaciones en las que la variedad de producto sea baja.

Cuando exista una gran variedad de productos, se optará por una producción por lotes. Cuando la variedad de producto es baja en cambio, se optara por configurar la línea de forma que los diferentes productos puedan ser desarrollados con la misma disposición. Esto será conocido como distribución celular (Celular layout), que podemos ver a continuación.

• Producción de grandes cantidades:

Finalmente si la cantidades producidas son muy elevadas existiran dos diferentes opciones, Quantity Productions y Flow Line Productións. La disposición de la linea en este ultimo caso será el que se puede apreciar en la siguiente imagen.

Finalmente, y como resumen de lo comentado hasta el momento, en la siguiente grafica prodremos ver como quedan repartidas las diferentes disposiciones de lso sitemas de producción dependiendo como se comentaba desde un inicio del la cantidad y la variedad de producto producido.

Manufacturing glossary

A continuación se resume lo visto acerca de manufacturing glossary text.A través del siguiente link tendremos acceso a la información sobre el tema vista en aula: Manufacturing glossary text 

Se deberá tener en cuenta que los puntos clave para la simulación son:

·  La necesidad de cantidad de equipos y personal.

·  Localización y tamaño de los buffer.

·  Evaluación de un cambio en el volumen del producto o de la mezcla.

·  Evolución del efecto de nuevas piezas de tipo a un sistema de fabricación.

·  Evaluación del capital invertido.

·  Planificación de los recursos de trabajo.  

·  Número, tipo y disposición física de los elementos de transporte etc.

Además, a través del siguiente link se tendrá acceso a información sobre Simulation of Manufacturing Systems, en el cual se dará información valiosa acerca de la simulación de procesos de producción. 

Células flexibles, reles y procesos de fabricación

• CÉLULA FLEXIBLE SMC.

La célula flexible a la que haremos referencia, estará formada por 8 estaciones diferentes. En cada una de ellas se llevará a cabo un acción diferente del proceso automatizado.

Las estaciones serán las siguientes:

1. Alimentación de la base.

2. Montaje rodamiento.

3. Prensa hidráulica.

4. Inserción del eje.

5. Colocación de la tapa.

6. Montaje de tornillos.

7. Robot atornillador.

8. Almacén conjuntos terminados.

A continuación se explicará más en detalle la estación numero uno de dicha célula flexible.En primer lugar, la estación estará formada por los siguientes elementos:

• Actuadores: 6 cilindros neumáticos controlados por electroválvulas.

• Sensores: detectores magnéticos

• Pulsadores de marcha, paro y rearme.

• Selector ciclo, seccionador, seta emergencia.

• Piloto indicador error.

• PLC con 13 entradas y 10 salidas. 

En cuanto a las operaciones que serán desarrolladas en dicha estación destacaremos:

• Sacar la base del almacén (cilindro A)

• Verificar posición correcta (cilindro V)

• Trasladar base al manipulador (cilindro T)

• Rechazar base incorrecta (cilindro R)

• Insertar base en palet (cilindros MH y MV)

• ELEMENTOS DE CONTROL

Seguidamente se muestran los elementos de control mencionados en clase.

• EL RELÉ

Al referirnos a un relé, estamos hablando de un interruptor accionado por un electroimán. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

El electroimán estará formado una barra de hierro, llamada núcleo, rodeada por una bobina de hilo de cobre como podemos ver en la siguiente imagen.

Al pasar una corriente eléctrica por la bobina el núcleo de hierro se magnetiza por efecto del campo magnético producido por la bobina, convirtiéndose en un imán tanto más potente cuanto mayor sea la intensidad de la corriente y el número de vueltas de la bobina. Al abrir de nuevo el interruptor y dejar de pasar corriente por la bobina, desaparece el campo magnético y el núcleo deja de ser un imán.

A continuación se muestra un breve resumen de los diferentes tipos de réles que se pueden encontrar:

1. Relés electromecánicos.
2. Relés de estado sólido.
3. Relés de corriente alterna.
4. Relés de laminas.

Las funciones lógicas de los con relés son mostrados a continuación.

• PROCESOS DE FABRICACIÓN

Un proceso de fabricación o producción es un sistema de acciones que se encuentran interrelacionadas de forma dinámica y que se orientan a la transformación de ciertos elementos. De esta manera, los elementos de entrada (materias primas) pasan a ser elementos de salida (productos), tras un proceso en el que se incrementa su valor.


El listado mostrado a continuación resume los tipos de procesos de fabricación que podemos encontrar hoy en día.

A) Tecnología mecánica:

• Moldeo
• Fundición
• Pulvimetalurgia
• Moldeo por inyección
• Moldeo por soplado
• Moldeo por compresión
• Conformado o deformación plástica.
• Laminación
• Forja
• Extrusión
• Estirado
• Conformado de chapa
• Encogimiento
• Calandrado
• Procesos con arranque de material
• Mecanizado
• Torneado
• Fresadora
• Taladrado
• Electroerosión
• Tratamiento térmico
• Templado
• Revenido
• Recocid
• Nitruración
• Sinterización
• Tratamientos superficiales; Acabado
• Eléctricos
• Electropulido
• Abrasivos
• Pulido

B) Tecnología química

• Procesos físicos
• Procesos químicos
• Tratamientos superficiales
• Pasivado

Suceso estocástico, método Montecarlo y GPSS

• MÉTODO MONTECARLO 

Podemos definir el método Montecarlo como un método que servirá para resolver problemas físico y matematicos mediante la simulación de variables aleatorias.  Su nombre es debido a la clara analogía del método con los juegos de ruleta de los casinos, tomando de todos ellos el nombre del casino de Montecarlo en Mónaco.

Pero el uso real del método Montecarlo tiene su origen en los trabajos de desarrollo de la bomba atómica durante la segunda guerra mundial.Este trabajo involucraba la simulación directa de problemas probabilísticos de hidrodinámica concernientes a la difusión de neutrones aleatorios en material de fusión.

El método proporciona soluciones aproximadas a una gran variedad de problemas matemáticos posibilitando la realización de experimentos con muestreos de números pseudoaleatorios en un ordenador. El método es aplicable a cualquier tipo de problema, ya sea estocástico o determinista. A diferencia de los métodos numéricos que se basan en evaluaciones en N puntos en un espacio M-dimensional para producir una solución aproximada, el método de Montecarlo tiene un error absoluto de la estimación que decrece como 1/√N en virtud del teorema del límite central.

Seguidamente se muestran dos ejemplos de aplicación del método Montecarlo llevado a cabo en clase:

Generador de números aleatorios:

DISTRIBUCIÓN UNIFORME

Entrada de alumnos en clase:

DISTRIBUCIÓN UNIFORME

• SUCESO ESTOCÁSTICO

Los sucesos o procesos estocásticos son definidos como conceptos matemáticos que sirven para caracterizar una sucesión de variables aleatorias que variarán en función de terceras variables, como por ejemplo el tiempo. En estos casos cada una de las variables tendrá su propia distribución de probabilidad y podrá existir o no correlación entre ellas.

APLICACIONES:

• Conocer el desarrollo futuro de procesos que se desarrollan a lo largo del tiempo.
• Predecir el comportamiento de fenómenos físicos, económicos, atmosféricos, etc.
• Conocer la evolución de lo que son conocidos como sucesos estadísticos raros.

En todo momento en el que se estudie el comportamiento de una variable aleatoria a lo largo del tiempo, se estará haciendo referencia a sucesos estocásticos y por lo general, la intención será la de ajustar un modelo teórico de forma que este nos permita hacer predicciones sobre el comportamiento futuro de un proceso.

Como se comentaba con anterioridad, tendrán especial importancia los denominados como series temporales, los cuales registrarán observaciones de un determinado proceso a lo largo del tiempo. Por lo tanto, se puede definir un proceso estocástico como una familia de variables aleatorias, clasificadas a través de un parámetro t, que varia en un conjunto T.

En el caso de que no todas las variable aleatorias X(t) no dependan del tiempo, el proceso estocástico será estacionario. Si por su parte un proceso estocástico depende únicamente del estado anterior, nos encontraremos ante un proceso de Markov. En los casos en los que t tome valores discretos, diremos que el proceso estocástico es de parámetro discreto, y en los casos en los que tome valores continuos, el proceso estocástico será de parámetro continuo.

• GPSS

Las siglas GPSS hacen referencia ha General Purpose Simulation System o Simulación de Sistemas de Propósito General. Se trata de un lenguaje de simulación, en el cual se utilizarán diagramas de bloques que representaran las actividades, e irán unidos mediante líneas que representan la frecuencia que seguirán un grupo de transacciones.

Los elementos básicos de la simulación a través de GPSS serán las transacciones y los bloques.

• Bloques: Cualquier operación que realiza una transacción  dentro de un sistema: procesamiento, entrada a un almacén, salida de un almacén, inicio de proceso, fin de proceso, salida del sistema, ensamble, desensamble, etc.. 
• Transacciones: Aquello que fluye a través del sistema de manufactura. Ejemplo de ello pueden ser información, piezas, ordenes de producción etc..

Un programa  en GPSS puede ser visualizado desde dos puntos de vista; el primero, dentro del contexto de programación por bloques ya descrito; el segundo, dentro del contexto de cadenas de eventos. Por lo general es más sencilla la visualización de la simulación dentro del primero de ellos, y es posible programar modelos validos sin considerar el concepto de cadenas de eventos. 

Modelización, simulación y POO

• MODELIZACIÓN

En primer lugar diferenciaremos dos grandes tipos de modelos:

1. Sistemas continuos: En estos modelos el sistema evolucionará de manera continua. Sirvan de ejemplo la ecuaciones diferenciales, los sistemas lineales y los no lineales.
2. Sistemas de eventos discretos:Se producirán eventos. Sirvan de ejemplo los procesos estocásticos o los modelos de colas.

También habrá que diferenciar entre modelos matemáticos y computacionales. 

• PROGRAMAS DE SIMULACIÓN

Mediante la implantación de sistemas continuos o eventos discretos se obtendrán animaciones y resultados gráficos de su comportamiento.

- Paradigmas de simulación:
             - DYNAMICS SYSTEM
             - SYSTEM DINAMICS
             - DISCRETE EVENT
             - AGENT BASED


- Programas de simulación:

EASY JAVA SIMULATIONS: herramienta de autor creada en Java que ayuda a no programadores a crear simulaciones interactivas.

GPSS: Simulación de sistemas de propósito general.
ANYLOGIC: herramienta desarrollada por XJ Tecnologías que incluye todos los métodos de simulación mas comunes en practica hoy.
MATLAB:Lenguaje de alto nivel y un entorno interactivo que le permite realizar tareas de cálculo complejas de forma más rápida que con los lenguajes de programación tradicionales, como C, C++ y Fortran.

• PROGRAMACIÓN ORIENTADA A OBJETOS

La programación orientada a objetos u POO será un paradigma o modelo de simulación, por lo que se puede decir que no hace referencia a un lenguaje de programación o tecnología en concreto. En este caso nos encontramos ante una determinada manera o forma en la que plantearse la programación.


A grandes rasgos, podemos decir que la POO trata de representar mediante código los objetos con los que nos encontramos en la realidad. Si intentamos recalcar sus principales características, deberemos tener en cuenta que debe estar basado en objetos, basado en clases, y de deberá de tener herencia de clases.

El elemento fundamental de la OOP será, como su nombre lo indica, el objeto. Podemos definir un objeto como un conjunto complejo de datos y programas que poseen estructura y forman parte de una organización.Por lo tanto, mediante esta definición podemos marcar varias propiedades importantes de los objetos. En primer lugar, un objeto no es un dato simple, sino que contiene en su interior cierto número de componentes bien estructurados. En segundo lugar, cada objeto no es un ente aislado, sino que forma parte de una organización jerárquica o de otro tipo.

Los objetos podrán ser considerados como capsulas divididas en tres partes, relaciones, propiedades y métodos.

1. Relaciones: Permitirán que los objetos se inserten en na organización. Las relaciones se crearán a través de la utilización de punteros  a otros objetos.
2. Propiedades: Las propiedades distinguen a cada objeto de los otros componentes de la organización, y podrán ser heredadas por sus descendientes en esta.
3. Métodos: Serán las operaciones que se podrán realizar sobre el objeto. De la misma forma que las propiedades, estas también formarán parte de la herencia de sus descendientes.

¿Que es un Bit?

El Bit es el acrónimo del termino Binari Digit o dígito binario. Para trabajar con el código binario se utilizarán únicamente dos dígitos 1 (encendido) y 0 (apagado). Es importante destacar la necesidad de 8 bits para formar un byte.

El bit también será definido como la unidad de información más pequeña que puede ser utilizada por un ordenador. Por lo general lo bytes suelen ser utilizados para describir la capacidad de almacenamiento de una memoria y los bits por su parte para describir velocidades de transmisión. Seguidamente se muestra la relación existente entre las diferentes unidades de medida.

• MEMORIA DE UN ORDENADOR

Se utilizará un sistema de almacenamiento a través de estados 0 o 1 en la entrada.