Automatización

La automatización describe una amplia gama de tecnologías que reducen la intervención humana en los procesos. La intervención humana se reduce al predeterminar los criterios de decisión, las relaciones de subprocesos y las acciones relacionadas, y al incorporar esas predeterminaciones en las máquinas. [1]

Se requiere una mínima intervención humana para controlar muchas instalaciones grandes como esta estación de generación eléctrica.

La automatización [2] incluye el uso de varios sistemas de control para operar equipos como maquinaria , procesos en fábricas , calderas y hornos de tratamiento térmico , encendido de redes telefónicas , dirección y estabilización de barcos, aeronaves y otras aplicaciones y vehículos. con reducida intervención humana. [3]

La automatización cubre aplicaciones que van desde un termostato doméstico que controla una caldera hasta un gran sistema de control industrial con decenas de miles de medidas de entrada y señales de control de salida. La automatización también ha encontrado espacio en el sector bancario. En la complejidad del control, puede variar desde un simple control on-off hasta algoritmos multivariables de alto nivel.

En el tipo más simple de un bucle de control automático , un controlador compara un valor medido de un proceso con un valor establecido deseado y procesa la señal de error resultante para cambiar alguna entrada al proceso, de tal manera que el proceso permanece en su punto establecido. a pesar de los disturbios. Este control de circuito cerrado es una aplicación de retroalimentación negativa a un sistema. La base matemática de la teoría del control se inició en el siglo XVIII y avanzó rápidamente en el XX.

La automatización se ha logrado por varios medios, incluidos dispositivos mecánicos , hidráulicos , neumáticos , eléctricos , electrónicos y computadoras , generalmente en combinación. Los sistemas complicados, como las fábricas modernas, los aviones y los barcos, suelen utilizar todas estas técnicas combinadas. El beneficio de la automatización incluye ahorros en mano de obra, reducción de desperdicios, ahorros en costos de electricidad , ahorros en costos de materiales y mejoras en la calidad, exactitud y precisión.

El Banco Mundial 's Informe sobre el desarrollo mundial 2019 muestra evidencia de que las nuevas industrias y empleos en el sector de la tecnología son mayores que los efectos económicos de los trabajadores que se desplaza por la automatización. [4]

La pérdida de empleos y la movilidad descendente atribuidas a la automatización se han citado como uno de los muchos factores en el resurgimiento de las políticas nacionalistas , proteccionistas y populistas en los EE. UU., Reino Unido y Francia, entre otros países desde la década de 2010. [5] [6] [7] [8] [9]

El término automatización , inspirado en la palabra anterior automático (que viene de autómata ), no se usó mucho antes de 1947, cuando Ford estableció un departamento de automatización. [2] Fue durante este tiempo que la industria estaba adoptando rápidamente controladores de retroalimentación , que se introdujeron en la década de 1930. [10]

Control de bucle abierto y de bucle cerrado (retroalimentación)

Fundamentalmente, existen dos tipos de bucle de control; control de bucle abierto y control de retroalimentación de bucle cerrado .

En el control de bucle abierto, la acción de control del controlador es independiente de la "salida de proceso" (o "variable de proceso controlada"). Un buen ejemplo de esto es una caldera de calefacción central controlada solo por un temporizador, de modo que el calor se aplica durante un tiempo constante, independientemente de la temperatura del edificio. (La acción de control es apagar y encender la caldera. La salida del proceso es la temperatura del edificio).

En el control de bucle cerrado, la acción de control del controlador depende de la salida del proceso. En el caso de la analogía de la caldera, esto incluiría un sensor de temperatura para monitorear la temperatura del edificio y, por lo tanto, enviar una señal al controlador para asegurar que mantiene el edificio a la temperatura establecida en el termostato. Un controlador de circuito cerrado, por lo tanto, tiene un circuito de retroalimentación que asegura que el controlador ejerce una acción de control para dar una salida de proceso igual a la "Entrada de referencia" o "punto de ajuste". Por esta razón, los controladores de circuito cerrado también se denominan controladores de retroalimentación. [11]

La definición de un sistema de control de circuito cerrado según la British Standard Institution es 'un sistema de control que posee retroalimentación de monitoreo, la señal de desviación formada como resultado de esta retroalimentación se utiliza para controlar la acción de un elemento de control final de tal manera que para tender a reducir la desviación a cero. ' [12]

Asimismo, un sistema de control de retroalimentación es un sistema que tiende a mantener una relación prescrita de una variable del sistema a otra comparando funciones de estas variables y usando la diferencia como medio de control. [12] El tipo avanzado de automatización que revolucionó la fabricación, la aviación, las comunicaciones y otras industrias es el control de retroalimentación, que suele ser continuo e implica tomar medidas con un sensor y realizar ajustes calculados para mantener la variable medida dentro de un rango establecido. [13] [14] La base teórica de la automatización de circuito cerrado es la teoría del control .

Acciones de control

Control discreto (activar / desactivar)

Uno de los tipos de control más simples es el control de encendido y apagado . Un ejemplo es un termostato utilizado en electrodomésticos que abren o cierran un contacto eléctrico. (Los termostatos se desarrollaron originalmente como verdaderos mecanismos de control de retroalimentación en lugar del termostato de electrodomésticos comunes de encendido y apagado).

Control de secuencia, en el que se realiza una secuencia programada de operaciones discretas , a menudo basada en la lógica del sistema que involucra estados del sistema. Un sistema de control de ascensor es un ejemplo de control de secuencia.

Controlador PID

Un diagrama de bloques de un controlador PID en un circuito de retroalimentación, r ( t ) es el valor de proceso deseado o "punto de ajuste", e y ( t ) es el valor de proceso medido.

Un controlador proporcional-integral-derivado (controlador PID) es un mecanismo de retroalimentación de bucle de control ( controlador ) ampliamente utilizado en sistemas de control industrial .

En un lazo PID, el controlador calcula continuamente un valor de error como la diferencia entre un punto de ajuste deseado y una variable de proceso medida y aplica una corrección basada en términos proporcionales , integrales y derivados , respectivamente (a veces denotados como P , I y D ) que dan su nombre al tipo de controlador.

La comprensión y aplicación teóricas datan de la década de 1920 y se implementan en casi todos los sistemas de control analógicos; originalmente en controladores mecánicos, y luego usando electrónica discreta y más tarde en computadoras de procesos industriales.

Control secuencial y secuencia lógica o control de estado del sistema

El control secuencial puede ser a una secuencia fija o lógica que realizará diferentes acciones dependiendo de varios estados del sistema. Un ejemplo de una secuencia ajustable pero por lo demás fija es un temporizador en un aspersor de césped.

Los estados se refieren a las diversas condiciones que pueden ocurrir en un escenario de uso o secuencia del sistema. Un ejemplo es un ascensor, que usa lógica basada en el estado del sistema para realizar ciertas acciones en respuesta a su estado y la entrada del operador. Por ejemplo, si el operador presiona el botón de piso n, el sistema responderá dependiendo de si el elevador está parado o moviéndose, subiendo o bajando, o si la puerta está abierta o cerrada, y otras condiciones. [15]

El desarrollo temprano del control secuencial fue la lógica de relés , mediante la cual los relés eléctricos se conectan a contactos eléctricos que inician o interrumpen la alimentación de un dispositivo. Los relés se utilizaron por primera vez en redes de telégrafos antes de ser desarrollados para controlar otros dispositivos, como al arrancar y detener motores eléctricos de tamaño industrial o al abrir y cerrar válvulas solenoides . El uso de relés para fines de control permitió el control impulsado por eventos, donde las acciones podrían desencadenarse fuera de secuencia, en respuesta a eventos externos. Estos eran más flexibles en su respuesta que los rígidos temporizadores de levas de secuencia única . Los ejemplos más complicados implicaron el mantenimiento de secuencias seguras para dispositivos como los controles de puentes giratorios, donde era necesario desenganchar un perno de bloqueo antes de poder mover el puente, y el perno de bloqueo no se podía soltar hasta que las puertas de seguridad ya se hubieran cerrado.

El número total de relés y temporizadores de levas puede ascender a cientos o incluso miles en algunas fábricas. Se necesitaban técnicas y lenguajes de programación tempranos para hacer que tales sistemas fueran manejables, uno de los primeros fue la lógica de escalera , donde los diagramas de los relés interconectados se parecían a los peldaños de una escalera. Posteriormente, se diseñaron computadoras especiales llamadas controladores lógicos programables para reemplazar estas colecciones de hardware con una unidad única y más fácil de reprogramar.

En un circuito típico de arranque y parada de motor cableado (llamado circuito de control ), un motor se arranca presionando un botón de "Arranque" o "Ejecutar" que activa un par de relés eléctricos. El relé de "bloqueo" bloquea los contactos que mantienen el circuito de control energizado cuando se suelta el botón. (El botón de inicio es un contacto normalmente abierto y el botón de parada es un contacto normalmente cerrado). Otro relé energiza un interruptor que alimenta el dispositivo que activa el interruptor de arranque del motor (tres juegos de contactos para energía industrial trifásica) en la energía principal circuito. Los motores grandes utilizan alto voltaje y experimentan una alta corriente de entrada, lo que hace que la velocidad sea importante para establecer y desconectar el contacto. Esto puede ser peligroso para el personal y la propiedad con interruptores manuales. Los contactos de "bloqueo" en el circuito de arranque y los contactos principales de alimentación del motor se mantienen enganchados por sus respectivos electroimanes hasta que se presiona un botón de "parada" o "apagado", que desenergiza el relé de bloqueo. [dieciséis]

Este diagrama de estado muestra cómo se puede utilizar UML para diseñar un sistema de puerta que solo se puede abrir y cerrar.

Por lo general, los enclavamientos se agregan a un circuito de control. Suponga que el motor del ejemplo está alimentando maquinaria que tiene una necesidad crítica de lubricación. En este caso, se podría agregar un enclavamiento para garantizar que la bomba de aceite esté funcionando antes de que arranque el motor. Los temporizadores, los interruptores de límite y los ojos eléctricos son otros elementos comunes en los circuitos de control.

Las válvulas solenoides se utilizan ampliamente en aire comprimido o fluido hidráulico para alimentar actuadores en componentes mecánicos . Si bien los motores se utilizan para suministrar movimiento giratorio continuo , los actuadores suelen ser una mejor opción para crear intermitentemente un rango limitado de movimiento para un componente mecánico, como mover varios brazos mecánicos, abrir o cerrar válvulas , levantar rodillos de presión pesados, aplicar presión a prensas.

Control por computadora

Las computadoras pueden realizar tanto control secuencial como control de retroalimentación y, por lo general, una sola computadora puede hacer ambas cosas en una aplicación industrial. Los controladores lógicos programables (PLC) son un tipo de microprocesador de propósito especial que reemplazó muchos componentes de hardware, como temporizadores y secuenciadores de batería utilizados en sistemas de tipo lógico de relé . Las computadoras de control de procesos de propósito general han reemplazado cada vez más a los controladores independientes, con una sola computadora capaz de realizar las operaciones de cientos de controladores. Las computadoras de control de procesos pueden procesar datos de una red de PLC, instrumentos y controladores para implementar el control típico (como PID) de muchas variables individuales o, en algunos casos, para implementar algoritmos de control complejos utilizando múltiples entradas y manipulaciones matemáticas. También pueden analizar datos y crear pantallas gráficas en tiempo real para los operadores y ejecutar informes para los operadores, ingenieros y administradores.

El control de un cajero automático (ATM) es un ejemplo de un proceso interactivo en el que una computadora realizará una respuesta lógica derivada a una selección de usuario basada en información recuperada de una base de datos en red. El proceso de ATM tiene similitudes con otros procesos de transacciones en línea. Las diferentes respuestas lógicas se denominan escenarios . Estos procesos se diseñan típicamente con la ayuda de casos de uso y diagramas de flujo , que guían la escritura del código del software. El primer mecanismo de control de retroalimentación fue el reloj de agua inventado por el ingeniero griego Ctesibius (285-222 a. C.).

Historia

Historia temprana

Clepsidra de Ctesibius (siglo III a.C.).

Era una preocupación de los griegos y los árabes (en el período comprendido entre aproximadamente el 300 a. C. y aproximadamente el 1200 d. C.) mantener un registro preciso del tiempo. En el Egipto ptolemaico , alrededor del 270 a. C., Ctesibius describió un regulador de flotador para un reloj de agua , un dispositivo no muy diferente a la bola y el gallo de un inodoro moderno con cisterna. Este fue el primer mecanismo controlado por retroalimentación. [17] La aparición del reloj mecánico en el siglo XIV hizo que el reloj de agua y su sistema de control de retroalimentación quedaran obsoletos.

Los hermanos persas Banū Mūsā , en su Libro de dispositivos ingeniosos (850 d.C.), describieron una serie de controles automáticos. [18] Los hermanos Banu Musa desarrollaron controles de nivel de dos pasos para fluidos, una forma de controles de estructura variable discontinua . [19] También describieron un controlador de retroalimentación . [20] [21] El diseño de los sistemas de control de retroalimentación hasta la Revolución Industrial fue por prueba y error, junto con una gran cantidad de intuición de ingeniería. Por tanto, era más un arte que una ciencia. No fue hasta mediados del siglo XIX que se analizó la estabilidad de los sistemas de control de retroalimentación utilizando las matemáticas, el lenguaje formal de la teoría del control automático. [ cita requerida ]

El gobernador centrífugo fue inventado por Christiaan Huygens en el siglo XVII y se utilizó para ajustar el espacio entre las muelas . [22] [23] [24]

Revolución industrial en Europa occidental

Los motores de vapor son una tecnología creada durante el siglo XVIII que se utiliza para promover la automatización.

La introducción de motores primarios , o máquinas autopropulsadas, molinos de grano avanzados, hornos, calderas y la máquina de vapor creó un nuevo requisito para los sistemas de control automático, incluidos los reguladores de temperatura (inventados en 1624; ver Cornelius Drebbel ), reguladores de presión (1681), reguladores de flotador (1700) y dispositivos de control de velocidad . Otro mecanismo de control se utilizó para tapar las velas de los molinos de viento. Fue patentado por Edmund Lee en 1745. [25] También en 1745, Jacques de Vaucanson inventó el primer telar automático. Alrededor de 1800, Joseph Marie Jacquard creó un sistema de tarjetas perforadas para programar telares. [26]

En 1771, Richard Arkwright inventó la primera hilandería totalmente automatizada impulsada por energía hidráulica, conocida en ese momento como marco de agua . [27] Oliver Evans desarrolló un molino de harina automático en 1785, convirtiéndolo en el primer proceso industrial completamente automatizado. [28] [29]

Un gobernador de flyball es un ejemplo temprano de un sistema de control de retroalimentación. Un aumento en la velocidad haría que los contrapesos se movieran hacia afuera, deslizando una articulación que tendía a cerrar la válvula que suministra vapor y, por lo tanto, ralentizaba el motor.

Un gobernador centrífugo fue utilizado por el Sr. Bunce de Inglaterra en 1784 como parte de un modelo de grúa de vapor . [30] [31] El gobernador centrífugo fue adoptado por James Watt para su uso en una máquina de vapor en 1788 después de que el socio de Watt, Boulton, viera uno en un molino de harina que Boulton & Watt estaban construyendo. [25] El gobernador no pudo mantener una velocidad establecida; el motor asumiría una nueva velocidad constante en respuesta a los cambios de carga. El gobernador pudo manejar variaciones más pequeñas, como las causadas por la carga de calor fluctuante en la caldera. Además, había una tendencia a la oscilación siempre que había un cambio de velocidad. Como consecuencia, los motores equipados con este regulador no eran adecuados para operaciones que requieren velocidad constante, como el hilado de algodón. [25]

Varias mejoras en el gobernador, además de mejoras en el tiempo de corte de la válvula en la máquina de vapor, hicieron que el motor fuera adecuado para la mayoría de los usos industriales antes de finales del siglo XIX. Los avances en la máquina de vapor se mantuvieron muy por delante de la ciencia, tanto en termodinámica como en teoría de control. [25] El gobernador recibió relativamente poca atención científica hasta que James Clerk Maxwell publicó un artículo que estableció el comienzo de una base teórica para comprender la teoría del control.

siglo 20

La lógica de relés se introdujo con la electrificación de la fábrica , que experimentó una rápida adaptación desde 1900 hasta la década de 1920. Las centrales eléctricas también estaban experimentando un rápido crecimiento y la operación de nuevas calderas de alta presión, turbinas de vapor y subestaciones eléctricas generó una gran demanda de instrumentos y controles. Las salas de control central se volvieron comunes en la década de 1920, pero hasta principios de la década de 1930, la mayoría de los controles de procesos estaban encendidos y apagados. Los operadores generalmente monitoreaban los gráficos dibujados por registradores que trazaban los datos de los instrumentos. Para hacer correcciones, los operadores abrieron o cerraron manualmente las válvulas o encendieron o apagaron los interruptores. Las salas de control también usaban luces codificadas por colores para enviar señales a los trabajadores de la planta para que hicieran ciertos cambios manualmente. [32]

El desarrollo del amplificador electrónico durante la década de 1920, que fue importante para la telefonía de larga distancia, requirió una relación señal / ruido más alta, que se resolvió mediante la cancelación de ruido de retroalimentación negativa. Esta y otras aplicaciones de telefonía contribuyeron a la teoría del control. En las décadas de 1940 y 1950, el matemático alemán Irmgard Flugge-Lotz desarrolló la teoría de los controles automáticos discontinuos, que encontró aplicaciones militares durante la Segunda Guerra Mundial para los sistemas de control de incendios y los sistemas de navegación de aeronaves . [13]

Los controladores, que podían realizar cambios calculados en respuesta a las desviaciones de un punto de ajuste en lugar del control de encendido y apagado, comenzaron a introducirse en la década de 1930. Los controladores permitieron que la manufactura siguiera mostrando ganancias de productividad para compensar la influencia decreciente de la electrificación de la fábrica. [33]

La productividad de las fábricas aumentó enormemente con la electrificación en la década de 1920. El crecimiento de la productividad manufacturera de EE. UU. Cayó del 5,2% / año 1919–29 al 2,76% / año 1929–41. Alexander Field señala que el gasto en instrumentos no médicos aumentó significativamente de 1929 a 1933 y se mantuvo fuerte a partir de entonces. [33]

La Primera y la Segunda Guerra Mundial vieron importantes avances en el campo de la comunicación de masas y el procesamiento de señales . Otros avances clave en los controles automáticos incluyen ecuaciones diferenciales , teoría de la estabilidad y teoría de sistemas (1938), análisis de dominio de frecuencia (1940), control de barcos (1950) y análisis estocástico (1941).

A partir de 1958, surgieron varios sistemas basados ​​en módulos lógicos digitales de estado sólido [34] [35] para controladores lógicos programados cableados (los predecesores de los controladores lógicos programables (PLC)) para reemplazar la lógica de relés electromecánicos en los sistemas de control industrial para el control y la automatización de procesos , incluidos los primeros Telefunken / AEG Logistat , Siemens Simatic , Philips / Mullard / Valvo  [ de ] Norbit , BBC Sigmatronic , ACEC Logacec , Akkord  [ de ] Estacord , Krone Mibakron, Bistat, Datapac, Norlog, SSR o Sistemas procontic. [34] [36] [37] [38] [39] [40]

En 1959 , la refinería Port Arthur de Texaco se convirtió en la primera planta química en utilizar control digital . [41] La conversión de las fábricas al control digital comenzó a extenderse rápidamente en la década de 1970 a medida que caía el precio del hardware informático .

Aplicaciones importantes

La centralita telefónica automática se introdujo en 1892 junto con los teléfonos de marcación. [42] En 1929, el 31,9% del sistema Bell era automático. La conmutación automática de teléfono utilizaba originalmente amplificadores de tubo de vacío e interruptores electromecánicos, que consumían una gran cantidad de electricidad. El volumen de llamadas finalmente creció tan rápido que se temió que el sistema telefónico consumiera toda la producción de electricidad, lo que llevó a Bell Labs a comenzar a investigar sobre el transistor . [43]

La lógica realizada por los relés de conmutación telefónicos fue la inspiración para la computadora digital. La primera máquina de soplado de botellas de vidrio comercialmente exitosa fue un modelo automático introducido en 1905. [44] La máquina, operada por un equipo de dos personas que trabajaban turnos de 12 horas, podía producir 17.280 botellas en 24 horas, en comparación con 2.880 botellas fabricadas por un equipo de seis hombres y niños trabajando en una tienda durante un día. El costo de fabricar botellas por máquina fue de 10 a 12 centavos por bruto en comparación con $ 1,80 por bruto de los sopladores de vidrio y ayudantes manuales.

Los accionamientos eléctricos seccionales se desarrollaron utilizando la teoría de control. Los accionamientos eléctricos seccionales se utilizan en diferentes secciones de una máquina donde se debe mantener un diferencial preciso entre las secciones. En el laminado de acero, el metal se alarga al pasar por pares de rodillos, que deben correr a velocidades sucesivamente más rápidas. En el papel que hace el papel, la hoja se encoge a medida que pasa alrededor del secado por vapor calentado dispuestas en grupos, que deben funcionar a velocidades sucesivamente más lentas. La primera aplicación de un accionamiento eléctrico seccional fue en una máquina de papel en 1919. [45] Uno de los desarrollos más importantes en la industria del acero durante el siglo XX fue el laminado continuo de bandas anchas, desarrollado por Armco en 1928. [46]

Producción farmacológica automatizada

Antes de la automatización, muchos productos químicos se fabricaban en lotes. En 1930, con el uso generalizado de instrumentos y el uso emergente de controladores, el fundador de Dow Chemical Co. abogaba por la producción continua . [47]

En la década de 1840, James Nasmyth desarrolló máquinas herramienta de acción automática que desplazaron la destreza manual para que pudieran ser operadas por niños y trabajadores no calificados . [48] ​​Las máquinas herramienta se automatizaron con control numérico (NC) utilizando cinta de papel perforada en la década de 1950. Esto pronto se convirtió en control numérico computarizado (CNC).

Hoy en día se practica una gran automatización en prácticamente todos los tipos de procesos de fabricación y montaje. Algunos de los procesos más importantes incluyen generación de energía eléctrica, refinación de petróleo, productos químicos, acerías, plásticos, plantas de cemento, plantas de fertilizantes, plantas de pulpa y papel, ensamblaje de automóviles y camiones, producción de aviones, fabricación de vidrio, plantas de separación de gas natural, alimentos y bebidas. procesamiento, envasado y embotellado y fabricación de diversos tipos de piezas. Los robots son especialmente útiles en aplicaciones peligrosas como la pintura en aerosol de automóviles. Los robots también se utilizan para ensamblar placas de circuitos electrónicos. La soldadura automotriz se realiza con robots y los soldadores automáticos se utilizan en aplicaciones como tuberías.

Era espacial / informática

Con el advenimiento de la era espacial en 1957, el diseño de controles, particularmente en los Estados Unidos, se alejó de las técnicas de dominio de frecuencia de la teoría de control clásica y se apoyó en las técnicas de ecuaciones diferenciales de fines del siglo XIX, que se expresaron en el tiempo. dominio. Durante las décadas de 1940 y 1950, el matemático alemán Irmgard Flugge-Lotz desarrolló la teoría del control automático discontinuo, que se utilizó ampliamente en los sistemas de control de histéresis como los sistemas de navegación , los sistemas de control de incendios y la electrónica . A través de Flugge-Lotz y otros, la era moderna vio el diseño en el dominio del tiempo para sistemas no lineales (1961), la navegación (1960), la teoría del control óptimo y la estimación (1962), la teoría del control no lineal (1969), el control digital y la teoría del filtrado (1974). ) y la computadora personal (1983).

Ventajas, desventajas y limitaciones

Quizás la ventaja más citada de la automatización en la industria es que está asociada con una producción más rápida y costos laborales más baratos. Otro beneficio podría ser que reemplaza el trabajo duro, físico o monótono. [49] Además, las tareas que tienen lugar en entornos peligrosos o que están más allá de las capacidades humanas pueden ser realizadas por máquinas, ya que las máquinas pueden funcionar incluso bajo temperaturas extremas o en atmósferas radiactivas o tóxicas. También se pueden mantener con simples controles de calidad. Sin embargo, por el momento, no todas las tareas se pueden automatizar y algunas tareas son más caras de automatizar que otras. Los costos iniciales de instalación de la maquinaria en la configuración de fábrica son altos y la falta de mantenimiento de un sistema podría resultar en la pérdida del producto en sí.

Además, algunos estudios parecen indicar que la automatización industrial podría imponer efectos nocivos más allá de las preocupaciones operativas, incluido el desplazamiento de trabajadores debido a la pérdida sistémica de empleo y el daño ambiental agravado; sin embargo, estos hallazgos son intrincados y controvertidos por naturaleza, y podrían potencialmente ser eludidos. [50]

Las principales ventajas de la automatización son:

  • Mayor rendimiento o productividad
  • Calidad mejorada
  • Mayor previsibilidad
  • Mayor robustez (consistencia), de procesos o producto
  • Mayor consistencia de la producción
  • Reducción de los costos y gastos directos de mano de obra humana
  • Reducción del tiempo de ciclo
  • Mayor precisión
  • Aliviar a los humanos del trabajo monótonamente repetitivo [51]
  • Trabajo requerido en el desarrollo, implementación, mantenimiento y operación de procesos automatizados, a menudo estructurados como "trabajos"
  • Mayor libertad humana para hacer otras cosas.

La automatización describe principalmente máquinas que reemplazan la acción humana, pero también se asocia libremente con la mecanización, máquinas que reemplazan el trabajo humano. Junto con la mecanización, la ampliación de las capacidades humanas en términos de tamaño, fuerza, velocidad, resistencia, rango y agudeza visual, frecuencia y precisión de la audición, detección y efecto electromagnéticos, etc., las ventajas incluyen: [52]

  • Aliviar a los humanos del estrés laboral peligroso y las lesiones ocupacionales (p. Ej., Menos espaldas tensas por levantar objetos pesados)
  • Sacar a los seres humanos de entornos peligrosos (por ejemplo, fuego, espacio, volcanes, instalaciones nucleares, bajo el agua, etc.)

Las principales desventajas de la automatización son:

  • Alto costo inicial
  • Una producción más rápida sin intervención humana puede significar una producción sin control más rápida de defectos donde los procesos automatizados son defectuosos.
  • Las capacidades ampliadas pueden significar problemas ampliados cuando los sistemas fallan, liberando toxinas, fuerzas, energías, etc., peligrosas, a un ritmo creciente.
  • Los iniciadores de la automatización a menudo no comprenden bien la adaptabilidad humana. A menudo es difícil anticipar todas las contingencias y desarrollar respuestas automatizadas totalmente planificadas de antemano para cada situación. Los descubrimientos inherentes a los procesos de automatización pueden requerir iteraciones imprevistas para resolverse, lo que genera costos y retrasos imprevistos.
  • Las personas que anticipan ingresos laborales pueden verse seriamente perturbadas por otros que implementan la automatización donde no hay ingresos similares fácilmente disponibles.

Paradoja de la automatización

La paradoja de la automatización dice que cuanto más eficiente es el sistema automatizado, más crucial es la contribución humana de los operadores. Los humanos están menos involucrados, pero su participación se vuelve más crítica. Lisanne Bainbridge , psicóloga cognitiva, identificó estos problemas de manera notable en su artículo ampliamente citado "Ironies of Automation". [53] Si un sistema automatizado tiene un error, multiplicará ese error hasta que se solucione o se apague. Aquí es donde entran los operadores humanos. [54] Un ejemplo fatal de esto fue el vuelo 447 de Air France , donde una falla en la automatización puso a los pilotos en una situación manual para la que no estaban preparados. [55]

Limitaciones

  • La tecnología actual no puede automatizar todas las tareas deseadas.
  • Muchas operaciones que utilizan la automatización tienen grandes cantidades de capital invertido y producen grandes volúmenes de producto, lo que hace que los fallos de funcionamiento sean extremadamente costosos y potencialmente peligrosos. Por lo tanto, se necesita personal para garantizar que todo el sistema funcione correctamente y que se mantengan la seguridad y la calidad del producto. [56]
  • A medida que un proceso se automatiza cada vez más, cada vez hay menos mano de obra que ahorrar o mejorar la calidad. Este es un ejemplo tanto de rendimientos decrecientes como de función logística .
  • A medida que se automatizan más y más procesos, quedan menos procesos no automatizados restantes. Este es un ejemplo del agotamiento de oportunidades. Los nuevos paradigmas tecnológicos pueden, sin embargo, establecer nuevos límites que superen los límites anteriores.

Limitaciones actuales

Muchos roles de los humanos en los procesos industriales se encuentran actualmente más allá del alcance de la automatización. El reconocimiento de patrones a nivel humano , la comprensión del lenguaje y la capacidad de producción del lenguaje están mucho más allá de las capacidades de los sistemas mecánicos e informáticos modernos (pero consulte la computadora Watson ). Las tareas que requieren una evaluación subjetiva o síntesis de datos sensoriales complejos, como aromas y sonidos, así como tareas de alto nivel como la planificación estratégica, actualmente requieren experiencia humana. En muchos casos, el uso de seres humanos es más rentable que los enfoques mecánicos, incluso cuando es posible la automatización de las tareas industriales. Superar estos obstáculos es un camino teorizado hacia la economía posterior a la escasez .

Impacto social y desempleo

El aumento de la automatización a menudo hace que los trabajadores se sientan ansiosos por perder sus trabajos, ya que la tecnología hace que sus habilidades o experiencia sean innecesarias. A principios de la Revolución Industrial , cuando inventos como la máquina de vapor hacían prescindibles algunas categorías de trabajo, los trabajadores se resistieron enérgicamente a estos cambios. Los luditas , por ejemplo, eran trabajadores textiles ingleses que protestaron por la introducción de las máquinas de tejer destruyéndolas. [57] Más recientemente, algunos residentes de Chandler, Arizona , cortaron neumáticos y arrojaron piedras a los automóviles sin conductor , en protesta por la supuesta amenaza de los automóviles a la seguridad humana y las perspectivas laborales. [58]

La relativa ansiedad sobre la automatización reflejada en las encuestas de opinión parece estar estrechamente relacionada con la fuerza del trabajo organizado en esa región o nación. Por ejemplo, mientras que un estudio del Pew Research Center indicó que el 72% de los estadounidenses están preocupados por el aumento de la automatización en el lugar de trabajo, el 80% de los suecos ven la automatización y la inteligencia artificial como algo bueno, debido a los sindicatos todavía poderosos del país y a red de seguridad nacional más sólida . [59]

En los Estados Unidos, el 47% de todos los trabajos actuales tienen el potencial de estar completamente automatizados para 2033, según la investigación de los expertos Carl Benedikt Frey y Michael Osborne. Además, los salarios y el nivel educativo parecen tener una fuerte correlación negativa con el riesgo de que una ocupación sea automatizada. [60] Incluso los trabajos profesionales altamente calificados como un abogado , médico , ingeniero , periodista están en riesgo de automatización. [61]

Las perspectivas son particularmente sombrías para las ocupaciones que actualmente no requieren un título universitario, como la conducción de camiones. [62] Incluso en corredores de alta tecnología como Silicon Valley , se está extendiendo la preocupación por un futuro en el que un porcentaje considerable de adultos tiene pocas posibilidades de mantener un empleo remunerado. [63] "En The Second Machine Age, Erik Brynjolfsson y Andrew McAfee argumentan que" ... nunca ha habido un mejor momento para ser un trabajador con habilidades especiales o la educación adecuada, porque estas personas pueden usar la tecnología para crear y capturar valor . Sin embargo, nunca ha habido un peor momento para ser un trabajador con solo habilidades y habilidades 'ordinarias' para ofrecer, porque las computadoras, los robots y otras tecnologías digitales están adquiriendo estas habilidades y habilidades a un ritmo extraordinario ". [64] Como ejemplo de Suecia sugiere, sin embargo, que la transición a un futuro más automatizado no tiene por qué inspirar pánico, si existe la voluntad política suficiente para promover la reconversión de los trabajadores cuyos puestos se están volviendo obsoletos.

Según un estudio de 2020 en el Journal of Political Economy , la automatización tiene fuertes efectos negativos sobre el empleo y los salarios: "Un robot más por cada mil trabajadores reduce la relación empleo-población en 0.2 puntos porcentuales y los salarios en 0.42%". [sesenta y cinco]

La investigación de Carl Benedikt Frey y Michael Osborne, de la Oxford Martin School, argumentó que los empleados involucrados en "tareas que siguen procedimientos bien definidos que pueden realizarse fácilmente mediante algoritmos sofisticados" corren el riesgo de ser desplazados, y el 47% de los trabajos en los EE. UU. riesgo. El estudio, publicado como documento de trabajo en 2013 y publicado en 2017, predijo que la automatización pondría en mayor riesgo las ocupaciones físicas mal pagadas, al encuestar a un grupo de colegas sobre sus opiniones. [66] Sin embargo, según un estudio publicado en McKinsey Quarterly [67] en 2015, el impacto de la informatización en la mayoría de los casos no es el reemplazo de empleados sino la automatización de partes de las tareas que realizan. [68] La metodología del estudio de McKinsey ha sido muy criticada por no ser transparente y basarse en evaluaciones subjetivas. [69] La metodología de Frey y Osborne ha sido objeto de críticas por carecer de evidencia, conocimiento histórico o metodología creíble. [70] [71] Además, la OCDE descubrió que en los 21 países de la OCDE, el 9% de los trabajos son automatizables. [72]

La administración Obama ha señalado que cada 3 meses "alrededor del 6 por ciento de los puestos de trabajo en la economía se destruyen por la contracción o el cierre de empresas, mientras que se agrega un porcentaje ligeramente mayor de puestos de trabajo". [73] Un reciente estudio económico del MIT sobre la automatización en los Estados Unidos de 1990 a 2007 encontró que puede haber un impacto negativo en el empleo y los salarios cuando los robots se introducen en una industria. Cuando se agrega un robot por cada mil trabajadores, la relación empleo / población disminuye entre 0,18 y 0,34 porcentajes y los salarios se reducen entre 0,25 y 0,5 puntos porcentuales. Durante el período de tiempo estudiado, EE. UU. No tuvo muchos robots en la economía, lo que restringe el impacto de la automatización. Sin embargo, se espera que la automatización se triplique (estimación conservadora) o cuadriplica (una estimación generosa), lo que hará que estos números sean sustancialmente más altos. [74]

Según una fórmula de Gilles Saint-Paul , economista de la Universidad Toulouse 1 , la demanda de capital humano no calificado disminuye a un ritmo más lento que la demanda de capital humano calificado aumenta. [75] A largo plazo y para la sociedad en su conjunto, ha dado lugar a productos más baratos, menor promedio de horas de trabajo y la formación de nuevas industrias (es decir, industrias de robótica, industrias de computación, industrias de diseño). Estas nuevas industrias proporcionan a la economía muchos trabajos basados ​​en habilidades con altos salarios. Para 2030, entre el 3 y el 14 por ciento de la fuerza laboral mundial se verá obligada a cambiar de categoría de trabajo debido a que la automatización elimina trabajos en todo un sector. Si bien la cantidad de puestos de trabajo perdidos por la automatización a menudo se compensa con los puestos de trabajo ganados con los avances tecnológicos, el mismo tipo de pérdida de puestos de trabajo no es el mismo que se reemplaza y que conduce a un aumento del desempleo en la clase media baja. Esto ocurre principalmente en los Estados Unidos y los países desarrollados, donde los avances tecnológicos contribuyen a una mayor demanda de mano de obra altamente calificada, pero la demanda de mano de obra de salario medio sigue cayendo. Los economistas llaman a esta tendencia "polarización de los ingresos", donde los salarios de la mano de obra no calificada se reducen y la mano de obra calificada aumenta, y se prevé que continúe en las economías desarrolladas. [76]

El desempleo se está convirtiendo en un problema en los Estados Unidos debido a la tasa de crecimiento exponencial de la automatización y la tecnología. Según Kim, Kim y Lee (2017: 1), "[un] estudio fundamental de Frey y Osborne en 2013 predijo que el 47% de las 702 ocupaciones examinadas en los Estados Unidos enfrentaban un alto riesgo de disminución de la tasa de empleo en los próximos años. 10-25 años como resultado de la informatización ". Dado que muchos puestos de trabajo se están volviendo obsoletos, lo que está provocando el desplazamiento de puestos de trabajo, una posible solución sería que el gobierno ayudara con un programa de renta básica universal (RBU). La RBU sería un ingreso garantizado, no gravado de alrededor de 1000 dólares por mes, pagado a todos los ciudadanos estadounidenses mayores de 21 años. La RBU ayudaría a los desplazados, a aceptar trabajos que paguen menos dinero y aún así poder sobrevivir. También les daría a aquellos que están empleados con trabajos que probablemente sean reemplazados por la automatización y la tecnología, dinero extra para gastar en educación y capacitación en nuevas habilidades laborales exigentes. Sin embargo, la RBU debe verse como una solución a corto plazo porque no aborda por completo el problema de la desigualdad de ingresos, que se verá agravada por el desplazamiento laboral.

Fabricación sin luces

La fabricación sin luces es un sistema de producción sin trabajadores humanos, para eliminar los costos laborales.

La manufactura de luces apagadas creció en popularidad en los Estados Unidos cuando General Motors en 1982 implementó la manufactura "sin intervención humana" para "reemplazar la burocracia reacia al riesgo con automatización y robots". Sin embargo, la fábrica nunca alcanzó el estado completo de "luces apagadas". [77]

La expansión de la fabricación de luces apagadas requiere: [78]

  • Fiabilidad de los equipos
  • Capacidades mecánicas a largo plazo
  • Mantenimiento preventivo planificado
  • Compromiso del personal

Salud y medio ambiente

Los costos de la automatización para el medio ambiente son diferentes según la tecnología, el producto o el motor automatizado. Hay motores automatizados que consumen más recursos energéticos de la Tierra en comparación con motores anteriores y viceversa. [ cita requerida ] Las operaciones peligrosas, como el refinado de petróleo , la fabricación de productos químicos industriales y todas las formas de trabajo de metales , siempre fueron los primeros contendientes para la automatización. [ dudoso ] [ cita requerida ]

La automatización de vehículos podría tener un impacto sustancial en el medio ambiente, aunque la naturaleza de este impacto podría ser beneficiosa o perjudicial dependiendo de varios factores. Debido a que los vehículos automatizados tienen muchas menos probabilidades de sufrir accidentes en comparación con los vehículos conducidos por humanos, algunas precauciones integradas en los modelos actuales (como frenos antibloqueo o vidrio laminado ) no serían necesarias para las versiones de conducción autónoma. La eliminación de estas características de seguridad también reduciría significativamente el peso del vehículo, aumentando así el ahorro de combustible y reduciendo las emisiones por milla. Los vehículos autónomos también son más precisos en cuanto a aceleración y frenado, y esto podría contribuir a reducir las emisiones. Los automóviles autónomos también podrían utilizar funciones de bajo consumo de combustible, como el mapeo de rutas, que puede calcular y tomar las rutas más eficientes. A pesar de este potencial para reducir las emisiones, algunos investigadores teorizan que un aumento en la producción de vehículos autónomos podría conducir a un auge de la propiedad y el uso de vehículos. Este auge podría anular cualquier beneficio ambiental de los automóviles autónomos si un número suficiente de personas comienza a conducir vehículos personales con más frecuencia. [79]

También se cree que la automatización de hogares y electrodomésticos tiene un impacto en el medio ambiente, pero también se cuestionan los beneficios de estas características. Un estudio sobre el consumo de energía de hogares automatizados en Finlandia mostró que los hogares inteligentes podrían reducir el consumo de energía al monitorear los niveles de consumo en diferentes áreas del hogar y ajustar el consumo para reducir las fugas de energía (por ejemplo, reducir automáticamente el consumo durante la noche cuando la actividad es baja). Este estudio, junto con otros, indicó que la capacidad de la casa inteligente para monitorear y ajustar los niveles de consumo reduciría el uso innecesario de energía. Sin embargo, una nueva investigación sugiere que las casas inteligentes podrían no ser tan eficientes como las casas no automatizadas. Un estudio más reciente ha indicado que, si bien monitorear y ajustar los niveles de consumo sí disminuye el uso innecesario de energía, este proceso requiere sistemas de monitoreo que también consuman una cantidad significativa de energía. Este estudio sugirió que la energía requerida para hacer funcionar estos sistemas es tanta que niega cualquier beneficio de los propios sistemas, lo que resulta en poco o ningún beneficio ecológico. [80]

Convertibilidad y tiempo de respuesta

Otro cambio importante en la automatización es la mayor demanda de flexibilidad y convertibilidad en los procesos de fabricación . Los fabricantes exigen cada vez más la capacidad de cambiar fácilmente de la fabricación del Producto A a la fabricación del Producto B sin tener que reconstruir por completo las líneas de producción . La flexibilidad y los procesos distribuidos han llevado a la introducción de vehículos guiados automatizados con navegación de características naturales.

La electrónica digital también ayudó. La instrumentación anterior basada en analógica fue reemplazada por equivalentes digitales que pueden ser más precisos y flexibles, y ofrecen un mayor alcance para una configuración , parametrización y operación más sofisticadas . Esto fue acompañado por la revolución del bus de campo que proporcionó un medio en red (es decir, un solo cable) de comunicación entre los sistemas de control y la instrumentación a nivel de campo, eliminando el cableado.

Las plantas de fabricación discretas adoptaron rápidamente estas tecnologías. Las industrias de procesos más conservadoras, con sus ciclos de vida de las plantas más largas, han sido más lentas en adoptar y la medición y el control basados ​​en analógicos aún dominan. El uso cada vez mayor de Industrial Ethernet en la fábrica está impulsando estas tendencias aún más, lo que permite que las plantas de fabricación se integren más estrechamente dentro de la empresa, a través de Internet si es necesario. La competencia global también ha aumentado la demanda de sistemas de fabricación reconfigurables .

Herramientas de automatización

Los ingenieros ahora pueden tener control numérico sobre los dispositivos automatizados. El resultado ha sido una gama de aplicaciones y actividades humanas en rápida expansión. Las tecnologías asistidas por computadora (o CAx) ahora sirven como base para las herramientas matemáticas y organizativas que se utilizan para crear sistemas complejos. Ejemplos notables de CAx incluyen el diseño asistido por computadora (software CAD) y la fabricación asistida por computadora (software CAM). El diseño, análisis y fabricación mejorados de productos habilitados por CAx ha sido beneficioso para la industria. [81]

La tecnología de la información , junto con la maquinaria y los procesos industriales , puede ayudar en el diseño, implementación y monitoreo de los sistemas de control. Un ejemplo de un sistema de control industrial es un controlador lógico programable (PLC). Los PLC son computadoras reforzadas especializadas que se utilizan con frecuencia para sincronizar el flujo de entradas de sensores (físicos) y eventos con el flujo de salidas a actuadores y eventos. [82]

Un asistente en línea automatizado en un sitio web, con un avatar para mejorar la interacción persona-computadora .

Las interfaces hombre-máquina (HMI) o las interfaces hombre-máquina (CHI), anteriormente conocidas como interfaces hombre-máquina , generalmente se emplean para comunicarse con PLC y otras computadoras. El personal de servicio que supervisa y controla a través de HMI puede recibir diferentes nombres. En los entornos de procesos industriales y de fabricación, se les llama operadores o algo similar. En las salas de calderas y los departamentos centrales de servicios públicos, se les llama ingenieros estacionarios . [83]

Existen diferentes tipos de herramientas de automatización:

  • ANN - Red neuronal artificial
  • DCS - Sistema de control distribuido
  • HMI - Interfaz hombre-máquina
  • RPA - Automatización robótica de procesos
  • SCADA - Control de supervisión y adquisición de datos
  • PLC - Controlador lógico programable
  • Instrumentación
  • Control de movimiento
  • Robótica

El software de simulación de host (HSS) es una herramienta de prueba de uso común que se utiliza para probar el software del equipo. HSS se utiliza para probar el rendimiento de los equipos en relación con los estándares de automatización de fábrica (tiempos de espera, tiempo de respuesta, tiempo de procesamiento). [84]

Automatización cognitiva

La automatización cognitiva, como subconjunto de la inteligencia artificial , es un género emergente de automatización habilitado por la computación cognitiva . Su principal preocupación es la automatización de las tareas administrativas y los flujos de trabajo que consisten en estructurar datos no estructurados . [85] La automatización cognitiva se basa en múltiples disciplinas: procesamiento del lenguaje natural , computación en tiempo real , algoritmos de aprendizaje automático , análisis de big data y aprendizaje basado en evidencia . [86]

Según Deloitte , la automatización cognitiva permite la replicación de tareas y juicios humanos "a velocidades rápidas y escala considerable". [87] Estas tareas incluyen:

  • Redacción de documentos
  • Extracción de datos y síntesis / informes de documentos
  • Gestión de contratos
  • Búsqueda de lenguaje natural
  • Clientes, empleados y las partes interesadas de incorporación
  • Verificaciones y actividades manuales
  • Seguimiento y comunicaciones por correo electrónico

Aplicaciones recientes y emergentes

Producción de energía automatizada

Las tecnologías como paneles solares , turbinas eólicas y otras energías renovables fuentes -junto con las redes inteligentes , micro-redes , almacenamiento de la batería Automatizar -can la producción de energía.

Venta minorista

Muchos supermercados e incluso tiendas más pequeñas están introduciendo rápidamente sistemas de pago automático que reducen la necesidad de emplear trabajadores de caja. En los Estados Unidos, la industria minorista emplea a 15,9 millones de personas en 2017 (alrededor de 1 de cada 9 estadounidenses en la fuerza laboral). A nivel mundial, se estima que 192 millones de trabajadores podrían verse afectados por la automatización según una investigación de Eurasia Group . [88]

Una máquina expendedora de refrescos en Japón, un ejemplo de venta minorista automatizada

Las compras en línea podrían considerarse una forma de venta minorista automatizada, ya que el pago y el pago se realizan a través de un sistema automatizado de procesamiento de transacciones en línea , con la participación de la contabilidad minorista en línea pasando del 5,1% en 2011 al 8,3% en 2016 [ cita requerida ] . Sin embargo, dos tercios de los libros, la música y las películas ahora se compran en línea. Además, la automatización y las compras en línea podrían reducir la demanda de centros comerciales y propiedades minoristas, que actualmente se estima que en Estados Unidos representan el 31% de todas las propiedades comerciales o alrededor de 7 mil millones de pies cuadrados. Amazon ha ganado gran parte del crecimiento en los últimos años para las compras en línea, representando la mitad del crecimiento en el comercio minorista en línea en 2016. [88] Otras formas de automatización también pueden ser una parte integral de las compras en línea, por ejemplo, la implementación de sistemas automatizados. robótica de almacén como la que aplica Amazon con Kiva Systems .

Comida y bebida

Robots industriales de KUKA que se utilizan en una panadería para la producción de alimentos

La industria minorista de alimentos ha comenzado a aplicar la automatización al proceso de pedidos; McDonald's ha introducido sistemas de pago y pedidos con pantalla táctil en muchos de sus restaurantes, lo que reduce la necesidad de tantos empleados de caja. [89] La Universidad de Texas en Austin ha introducido ubicaciones de venta al por menor de cafés totalmente automatizadas. [90] Algunos cafés y restaurantes han utilizado " aplicaciones " para dispositivos móviles y tabletas para hacer que el proceso de pedido sea más eficiente por parte de los clientes que realizan pedidos y pagan en su dispositivo. [91] Algunos restaurantes han automatizado la entrega de alimentos a las mesas de los clientes mediante un sistema de cinta transportadora . A veces se emplea el uso de robots para reemplazar a los camareros . [92]

Construcción

Minería

La minería automatizada implica la eliminación de mano de obra humana del proceso minero . [93] La industria minera se encuentra actualmente en transición hacia la automatización. Actualmente, todavía puede requerir una gran cantidad de capital humano , particularmente en el tercer mundo donde los costos laborales son bajos, por lo que hay menos incentivos para aumentar la eficiencia a través de la automatización.

Video vigilancia

La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ( DARPA ) inició la investigación y el desarrollo del programa de vigilancia y monitoreo visual automatizado (VSAM), entre 1997 y 1999, y los programas de videovigilancia aérea (AVS), de 1998 a 2002. Actualmente, hay una importante Esfuerzo en curso en la comunidad de la visión para desarrollar un sistema de seguimiento de vigilancia totalmente automatizado . La videovigilancia automatizada monitorea personas y vehículos en tiempo real dentro de un entorno ajetreado. Los sistemas de vigilancia automatizados existentes se basan en el entorno para el que están diseñados principalmente para observar, es decir, en interiores, exteriores o en el aire, el número de sensores que el sistema automatizado puede manejar y la movilidad de los sensores, es decir, cámara fija frente a cámara móvil. El propósito de un sistema de vigilancia es registrar propiedades y trayectorias de objetos en un área determinada, generar alertas o notificar a las autoridades designadas en caso de ocurrencia de eventos particulares. [94]

Sistemas de carreteras

A medida que han crecido las demandas de seguridad y movilidad y se han multiplicado las posibilidades tecnológicas, ha aumentado el interés por la automatización. Con el objetivo de acelerar el desarrollo y la introducción de vehículos y carreteras totalmente automatizados, el Congreso de los Estados Unidos autorizó más de $ 650 millones durante seis años para sistemas de transporte inteligente (ITS) y proyectos de demostración en la Ley de Eficiencia del Transporte de Superficie Intermodal de 1991 (ISTEA). El Congreso legisló en ISTEA que: [95]

[E] l Secretario de Transporte desarrollará una autopista automatizada y un prototipo de vehículo a partir del cual se puedan desarrollar futuros sistemas inteligentes de vehículos y autopistas totalmente automatizados. Dicho desarrollo incluirá la investigación de factores humanos para asegurar el éxito de la relación hombre-máquina. El objetivo de este programa es tener la primera carretera totalmente automatizada o una pista de prueba automatizada en funcionamiento para 1997. Este sistema se adaptará a la instalación de equipos en vehículos de motor nuevos y existentes.

Automatización completa comúnmente definida como que no requiere control o un control muy limitado por parte del conductor; dicha automatización se lograría mediante una combinación de sensores, computadoras y sistemas de comunicaciones en vehículos y a lo largo de la calzada. La conducción completamente automatizada permitiría, en teoría, un espaciamiento más cercano entre vehículos y velocidades más altas, lo que podría mejorar la capacidad del tráfico en lugares donde la construcción de carreteras adicionales es físicamente imposible, políticamente inaceptable o prohibitivamente costosa. Los controles automatizados también pueden mejorar la seguridad vial al reducir la posibilidad de errores del conductor, lo que causa una gran parte de los choques de vehículos motorizados. Otros beneficios potenciales incluyen una mejor calidad del aire (como resultado de flujos de tráfico más eficientes), una mayor economía de combustible y tecnologías derivadas generadas durante la investigación y el desarrollo relacionados con los sistemas automáticos de carreteras. [96]

Gestión de residuos

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Operación automatizada del cargador lateral

Los camiones de recolección de residuos automatizados evitan la necesidad de tantos trabajadores y facilitan el nivel de mano de obra requerido para brindar el servicio. [97]

Procesos de negocio

La automatización de procesos comerciales (BPA) es la automatización habilitada por la tecnología de procesos comerciales complejos . [98] Puede ayudar a optimizar un negocio para simplificarlo, lograr la transformación digital , aumentar la calidad del servicio , mejorar la prestación del servicio o contener los costos. BPA consiste en integrar aplicaciones, reestructurar los recursos laborales y utilizar aplicaciones de software en toda la organización. La automatización de procesos robóticos (RPA; o RPAAI para RPA 2.0 autoguiado) es un campo emergente dentro de BPA y utiliza inteligencia artificial . Los BPA se pueden implementar en varias áreas comerciales, incluidas marketing, ventas y flujo de trabajo.

Casa

La automatización del hogar (también llamada domótica ) designa una práctica emergente de mayor automatización de electrodomésticos y características en viviendas residenciales, particularmente a través de medios electrónicos que permiten cosas impracticables, demasiado caras o simplemente imposibles en las últimas décadas. El aumento en el uso de soluciones de automatización del hogar ha dado un giro que refleja la mayor dependencia de las personas de dichas soluciones de automatización. Sin embargo, la mayor comodidad que se agrega a través de estas soluciones de automatización es notable. [99]

Laboratorio

Automated laboratory instrument
Instrumento de laboratorio automatizado

La automatización es esencial para muchas aplicaciones científicas y clínicas. [100] Por lo tanto, la automatización se ha utilizado ampliamente en los laboratorios. Desde 1980 ya funcionan laboratorios totalmente automatizados. [101] Sin embargo, la automatización no se ha generalizado en los laboratorios debido a su alto costo. Esto puede cambiar con la capacidad de integrar dispositivos de bajo costo con equipos de laboratorio estándar. [102] [103] Los muestreadores automáticos son dispositivos comunes que se utilizan en la automatización de laboratorios.

Automatización logística

Automatización industrial

La automatización industrial se ocupa principalmente de la automatización de los procesos de fabricación , control de calidad y manipulación de materiales . Los controladores de propósito general para procesos industriales incluyen controladores lógicos programables , módulos de E / S autónomos y computadoras. La automatización industrial reemplaza la acción humana y las actividades de comando-respuesta manual con el uso de equipos mecanizados y comandos de programación lógica. Una tendencia es un mayor uso de la visión artificial [104] para proporcionar funciones de inspección automática y guía de robots, otra es un aumento continuo en el uso de robots. La automatización industrial simplemente se requiere en las industrias.

La eficiencia energética en los procesos industriales se ha convertido en una prioridad más alta. Las empresas de semiconductores como Infineon Technologies ofrecen aplicaciones de microcontroladores de 8 bits , por ejemplo, que se encuentran en controles de motores , bombas de uso general , ventiladores y bicicletas eléctricas para reducir el consumo de energía y, por lo tanto, aumentar la eficiencia.

Automatización industrial e industria 4.0

El auge de la automatización industrial está directamente relacionado con la " Cuarta Revolución Industrial ", que ahora se conoce mejor como Industria 4.0. Con origen en Alemania, la Industria 4.0 abarca numerosos dispositivos, conceptos y máquinas, [105] así como el avance de la Internet industrial de las cosas (IIoT). Un " Internet de las cosas es una integración perfecta de diversos objetos físicos en Internet a través de una representación virtual". [106] Estos nuevos avances revolucionarios han llamado la atención sobre el mundo de la automatización desde una perspectiva completamente nueva y han mostrado formas de crecer para aumentar la productividad y la eficiencia en la maquinaria y las instalaciones de fabricación. Industria 4.0 trabaja con IIoT y software / hardware para conectarse de una manera que (a través de tecnologías de comunicación ) agregue mejoras y mejore los procesos de fabricación. Ahora es posible crear una fabricación más inteligente, segura y avanzada con estas nuevas tecnologías. Abre una plataforma de fabricación que es más confiable, consistente y eficiente que antes. La implementación de sistemas como SCADA es un ejemplo de software que tiene lugar en la Automatización Industrial en la actualidad. SCADA es un software de recopilación de datos de supervisión, solo uno de los muchos que se utilizan en la automatización industrial. [107] La industria 4.0 cubre ampliamente muchas áreas de la fabricación y continuará haciéndolo a medida que pase el tiempo. [105]

Robótica industrial

Fresadoras automatizadas

La robótica industrial es una sub-rama de la automatización industrial que ayuda en varios procesos de fabricación. Dichos procesos de fabricación incluyen mecanizado, soldadura, pintura, ensamblaje y manipulación de materiales, por nombrar algunos. [108] Los robots industriales utilizan varios sistemas mecánicos, eléctricos y de software para permitir una alta precisión, exactitud y velocidad que superan con creces cualquier actuación humana. El nacimiento de los robots industriales se produjo poco después de la Segunda Guerra Mundial cuando Estados Unidos vio la necesidad de una forma más rápida de producir bienes industriales y de consumo. [109] Los servos, la lógica digital y la electrónica de estado sólido permitieron a los ingenieros construir sistemas mejores y más rápidos y, con el tiempo, estos sistemas se mejoraron y revisaron hasta el punto en que un solo robot es capaz de funcionar las 24 horas del día con poco o ningún mantenimiento. En 1997, había 700.000 robots industriales en uso, el número ha aumentado a 1,8 millones en 2017 [110] En los últimos años, la inteligencia artificial (IA) con robótica también se utiliza para crear una solución de etiquetado automático, utilizando brazos robóticos como sistema automático. aplicador de etiquetas e IA para aprender y detectar los productos a etiquetar. [111]

Controladores lógicos programables

La automatización industrial incorpora controladores lógicos programables en el proceso de fabricación. Los controladores lógicos programables (PLC) utilizan un sistema de procesamiento que permite la variación de los controles de entradas y salidas mediante una programación sencilla. Los PLC hacen uso de memoria programable, almacenando instrucciones y funciones como lógica, secuenciación, temporización, conteo, etc.Utilizando un lenguaje basado en lógica, un PLC puede recibir una variedad de entradas y devolver una variedad de salidas lógicas, siendo los dispositivos de entrada sensores y los dispositivos de salida son motores, válvulas, etc. Los PLC son similares a las computadoras, sin embargo, mientras que las computadoras están optimizadas para cálculos, los PLC están optimizados para tareas de control y uso en entornos industriales. Están construidos para que solo se necesiten conocimientos básicos de programación basada en lógica y para manejar vibraciones, altas temperaturas, humedad y ruido. La mayor ventaja que ofrecen los PLC es su flexibilidad. Con los mismos controladores básicos, un PLC puede operar una variedad de sistemas de control diferentes. Los PLC hacen que sea innecesario volver a cablear un sistema para cambiar el sistema de control. Esta flexibilidad conduce a un sistema rentable para sistemas de control complejos y variados. [112]

Sistema Siemens Simatic S7-400 en rack, de izquierda a derecha: fuente de alimentación (PSU), CPU, módulo de interfaz (IM) y procesador de comunicación (CP).

Los PLC pueden variar desde pequeños dispositivos de "ladrillos de construcción" con decenas de E / S en una carcasa integral con el procesador, hasta grandes dispositivos modulares montados en bastidor con un recuento de miles de E / S, y que a menudo están conectados en red a otros PLC y Sistemas SCADA .

Pueden diseñarse para múltiples configuraciones de entradas y salidas (E / S) digitales y analógicas , rangos de temperatura extendidos, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a vibraciones e impactos. Los programas para controlar el funcionamiento de la máquina generalmente se almacenan en una memoria no volátil o con respaldo de batería .

Fue de la industria automotriz en los Estados Unidos de donde nació el PLC. Antes del PLC, la lógica de enclavamiento de control, secuenciación y seguridad para la fabricación de automóviles se componía principalmente de relés , temporizadores de leva , secuenciadores de tambor y controladores dedicados de bucle cerrado. Dado que estos podían ascender a cientos o incluso miles, el proceso de actualización de dichas instalaciones para el cambio de modelo anual consumía mucho tiempo y era costoso, ya que los electricistas necesitaban recablear individualmente los relés para cambiar sus características operativas.

Cuando las computadoras digitales estuvieron disponibles, al ser dispositivos programables de propósito general, pronto se aplicaron para controlar la lógica secuencial y combinatoria en los procesos industriales. Sin embargo, estas primeras computadoras requerían programadores especializados y un estricto control ambiental operativo para la temperatura, la limpieza y la calidad de la energía. Para hacer frente a estos desafíos, este PLC se desarrolló con varios atributos clave. Toleraría el entorno del taller, admitiría entradas y salidas discretas (en forma de bits) de una manera fácilmente ampliable, no requeriría años de capacitación para su uso y permitiría monitorear su operación. Dado que muchos procesos industriales tienen escalas de tiempo fácilmente abordadas por tiempos de respuesta de milisegundos, la electrónica moderna (rápida, pequeña, confiable) facilita enormemente la construcción de controladores confiables, y el rendimiento podría cambiarse por confiabilidad. [113]

Automatización asistida por agentes

La automatización asistida por agentes se refiere a la automatización utilizada por los agentes del centro de llamadas para atender las consultas de los clientes. El beneficio clave de la automatización asistida por agentes es el cumplimiento y la prueba de errores. Los agentes a veces no están completamente capacitados o olvidan o ignoran los pasos clave del proceso. El uso de la automatización garantiza que lo que se supone que debe suceder en la llamada realmente suceda, en todo momento. Hay dos tipos básicos: automatización de escritorio y soluciones de voz automatizadas.

La automatización de escritorio se refiere a la programación de software que facilita que el agente del centro de llamadas trabaje en múltiples herramientas de escritorio. La automatización tomaría la información ingresada en una herramienta y la completaría con las demás para que no tuviera que ingresarse más de una vez, por ejemplo.

Las soluciones de voz automatizadas permiten que los agentes permanezcan en la línea mientras se brindan divulgaciones y otra información importante a los clientes en forma de archivos de audio pregrabados. Las aplicaciones especializadas de estas soluciones de voz automatizadas permiten a los agentes procesar tarjetas de crédito sin ver ni escuchar los números de las tarjetas de crédito o los códigos CVV [114].

Ver también

  • Sistema automatizado de almacenamiento y recuperación
  • Técnico en automatización
  • Computación cognitiva
  • Ingeniería de control
  • Cibernética
  • Sistema de control basado en datos
  • Sucio, peligroso y degradante
  • Control previo
  • Estudios de futuros
  • Revolución industrial
  • Máquina a máquina
  • Manipulador móvil
  • Sistema de agentes múltiples
  • Sociedad del postrabajo
  • Control de procesos
  • Tecnologías de mejora de la productividad
  • Impuesto de robot
  • Automatización robótica de procesos
  • Semiautomatización
  • Industria 4.0
  • Desempleo tecnológico

Referencias

Citas

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