ACA Electiva de Profundización Heidy Gineth Anzola Gómez Fredy Espinosa Castañeda Corporación Unificada de Educación Superior CUN 51213: Electiva de Profundización Jose María Cadenas Anaya 14 de septiembre de 2024 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 3 1. Conceptos ............................................................................................................................................ 4 1.1 Control Numérico por Computadora (CNC) .............................................................................. 4 1.2 Robótica Industrial ........................................................................................................................ 4 1.3 Sistemas de Fabricación Flexible .................................................................................................. 5 1.4 Automatización .............................................................................................................................. 6 1.5 Ejemplo de Aplicación ................................................................................................................... 6 2. Diseño de Sistema ............................................................................................................................... 7 2.1 Descripción del Proceso ................................................................................................................. 7 3. Optimización ....................................................................................................................................... 9 4. IA en la Automatización Industrial ................................................................................................ 11 4.1 Control de Calidad....................................................................................................................... 11 4.2 Optimización de la Producción ................................................................................................... 11 4.3 Planificación de la Cadena de Suministro Industrial ............................................................... 12 4.4 Robótica Industrial y Cobots ...................................................................................................... 12 4.5 Seguridad Laboral y Prevención de Riesgos ............................................................................. 12 CONCLUSIONES..................................................................................................................................... 13 Referencias................................................................................................................................................. 14 INTRODUCCIÓN Los procesos industriales han evolucionado de forma constante, desde la revolución industrial a inicios del siglo XIX hasta la denominada revolución digital de la era moderna. La demanda de productos de calidad a un precio asequible ha venido aumentando a través de los años, lo que se traduce en un esfuerzo por parte de las empresas para incrementar su producción sin afectar sus utilidades; así, nace la necesidad de la automatización al implementar sistemas de fabricación flexibles y el uso de la robótica y la Inteligencia Artificial para mantener los niveles de productividad y reducir los costos de fabricación, lo que desemboca en la facilidad de adquisición del producto por parte del usuario final. Este documento explica los diferentes conceptos asociados a esta temática; en primera instancia, se definen los conceptos y luego se presentan ejemplos donde estos se aplican. Así mismo, se establece un sistema de fabricación flexible y posteriormente se da una propuesta de mejoramiento para el mismo. 1. Conceptos 1.1 Control Numérico por Computadora (CNC) El término de Control numérico es ampliamente aceptado en el campo de la maquinaria industrial; el Control numérico (CN) permite que el operador se comunique con la máquina a través de una variedad de números y símbolos. Tanto el CN como el CNC han traído grandes cambios en la industria manufacturera debido a que permiten producir piezas con la misma precisión en una cantidad indefinida de veces, esto siempre y cuando la máquina se prepare y programe de la forma adecuada. El crecimiento de la maquinaria CNC en la industria se ha traducido en la necesidad de encontrar personal que tenga el conocimiento para programar, mantener y operar las máquinas; deben conocer las secuencias lógicas y guiar la máquina hacia la creación de las partes en la forma y medidas precisas. (Krar, Gill, & Smid, 2001) 1.2 Robótica Industrial Se entiende robótica industrial como un campo especializado que aborda el uso de robots en la producción y la manufactura. Se centra en la automatización de las tareas dentro de procesos industriales a través del uso de máquinas programables para la realización de actividades tales como ensamblaje, soldadura, paletización y cualquier otra tarea relacionada con la producción. El empleo de estos robots contribuye a la eficiencia, precisión y seguridad en la fabricación, lo que también desemboca en una reducción de costos; la robótica ha venido evolucionando al incorporar sensores, visión artificial y sistemas de control avanzados. (Hernandez, 2024) Imagen 1. Estructura de Robótica Industrial Además de los robots de uso industriales, estos pueden clasificarse por su uso, desde robots de uso en interiores, como aquellos utilizados en la medicina o los que se usan en la industria de las comunicaciones, hasta los de uso externo, por ejemplo, los usados para la agricultura, construcción, repuesta de desastres, transporte o drones. (Hernandez, 2024) 1.3 Sistemas de Fabricación Flexible Se entiende como una metodología de trabajo que tiene como objetivos minimizar el despilfarro, mejorar la productividad y asignar mayor responsabilidad a los trabajadores de una fábrica. Este tipo de producción se sustenta en la automatización y en la tecnología para buscar el mayor nivel de agilidad dentro de un sistema de producción. La implementación requiere enfocar los esfuerzos hacia un sistema más ágil y rápido a la hora de abordar los procesos; se deben adaptar los sistemas productivos a la demanda, es decir, el sistema debe acomodarse a lo que se demande en cualquier momento, debe ser dinámico. Versatilidad en la maquinaria utilizada, alto nivel de cualificación de los operarios, trabajo colaborativo, adaptación a los cambios, tareas y procesos más cortos, y descentralización de la fabricación son algunas de las características a cumplir dentro de un sistema de fabricación flexible. (Campus Seas, 2023) 1.4 Automatización La automatización se refiere al uso de tecnología y maquinaria para ejecutar tareas sin la necesidad de intervención humana, su objetivo es aumentar la eficiencia, productividad y precisión en los procesos productivos al reducir el trabajo manual y mitigar el riesgo de error humano. En el mundo hay alrededor de 3.5 millones de robots industriales operando en diferentes rubros industriales. La automatización funciona a través del uso de aparatos programables mediante inteligencia artificial y máquinas controladas por computador (CNC); la automatización es más común en tareas repetitivas o altamente riesgosas para un operario humano. (Munro, 2023) 1.5 Ejemplo de Aplicación En Colombia, una de las empresas que aplican todos los conceptos anteriores es Sofasa, la cual se encarga del ensamblaje de la línea de automóviles Renault en su planta de Envigado, Antioquia. En dicha planta se desarrolla todo el proceso de ensamblaje; el producto terminado toma alrededor de 36 horas para productos con alrededor de 3500 piezas. (Full Autos, 2021) 2. Diseño de Sistema Para el caso del presente documento, se propone la implementación de sistema de fabricación flexible, junto con la robótica y la automatización para la fabricación de billeteras cuyo material principal es el cuero con forros en seda y una marca gravada en cada artículo. Imagen 2. Diseño de Fabricación de Billetera a través de FMS 2.1 Descripción del Proceso El proceso de la fabricación de billeteras mediante la automatización y uso de FMS tiene como intención la adaptación a las necesidades del cliente y la fabricación del producto en tiempos reducidos para asegurar la disponibilidad en almacén. El proceso inicia con el corte de las piezas de piel o el material que sea solicitado; para esto, una máquina de corte láser CNC se encargará de dicha función, la máquina se calibrará tanto para el corte del material deseado como para las piezas de seda necesarias para el forro. Posteriormente, las piezas son ubicadas en plataforma donde un brazo robótico se encarga de la aplicación del pegante a las partes que así lo requieran, este brazo también se encarga la unión de las piezas previo al paso por la máquina de coser; la costura es realizada por un operario en máquina plana, que luego de efectuar las costuras vuelve a la máquina CNC que realizará el gravado. Una vez finalizado este proceso, el producto final pasa por inspección y finalmente el almacenamiento. 3. Optimización La parte más crítica del proceso está en el corte, ya que el código de programación puede presentar variaciones de acuerdo con el material que se esté tratando; esto implica un consumo adicional de tiempo por parte del operario de la máquina CNC que se usa para esta parte del proceso de fabricación de billeteras. Con el propósito de optimizar el proceso de corte en la elaboración de billeteras, se recomienda la implementación de un software desarrollado por Bob-CAD Cam que facilita la programación a través de funciones predeterminadas en una lista desplegable; así mismo, ofrece la opción de crear comandos mediante pictogramas. (BobCAD-CAM, s.f.) Adicionalmente, se contempla la implementación de Cobots, cuyo concepto se desarrolla más adelante en este documento. Los Cobots se pueden ser complemento funcional bien sea para otros robots o para operarios humanos; su capacidad de autoaprendizaje ayudaría en la precisión en la elaboración de piezas, y su lector IA detecta las imperfecciones en tiempo real, lo que mejora la calidad de cada pieza. Lo anterior, permitiría mayor eficiencia en la fabricación de billeteras, ya que garantiza una mayor productividad en un menor tiempo, esto se traduce en un ahorro de costos, reduciendo la necesidad de intervención humana. Imagen 3. Optimización de Código G para el Corte 4. IA en la Automatización Industrial 4.1 Control de Calidad La IA permite realizar inspecciones en tiempo real con ayuda de cámaras y algoritmos, facilitando la identificación de errores tales como rayones, deformaciones, fallas en el ensamblaje en los productos, entre otras. Detectar este tipo de falencias en la calidad de la producción reduce los costos y tiempos de inspección. (Fagella, 2024) Por otra parte, la implementación de Deep learning permite reconocer diferentes patrones de calidad que continuamente se adapta para una mejor precisión en inspecciones masivas, incluso puede ser programada para tomar medidas exactas, todo ello gracias a los algoritmos implementados que funcionan como una red de neuronas, lo que le permite estar en contante actualización. (Simplificando, 2023) 4.2 Optimización de la Producción Se logra mediante el análisis de volúmenes históricos en tiempo real, estos se pueden utilizar para ajustar parámetros de producción, minimizar tiempo de espera. Ejemplo siemens que tiene su propio sistema operativo abierto para internet de las cosas, mindsphere, es capaz de conectar todos los equipos y sistemas de una empresa, recopila, almacena y analiza datos de la red de sensores y de los sistemas de producción. También es capaz de realizar ajustes en tiempo real resultado de más eficiencia y menos coste. (Fagella, 2024) 4.3 Planificación de la Cadena de Suministro Industrial Los algoritmos de IA permiten analizar datos históricos de ventas, pronósticos de demanda, condiciones climáticas o eventos inesperados para predecir la demanda y ajustar los niveles de inventario. Toma variables indispensables para optimizar la planificación de la cadena de suministro tales como análisis de datos de demanda, inventarios, almacén, capacidad de producción, recursos financieros, entre otras. (Fagella, 2024) 4.4 Robótica Industrial y Cobots Esta combinación ayuda al desarrollo de robots inteligentes capaces de realizar tareas complejas y colaborar con trabajadores humanos de forma segura. Los robots se adaptan a diferentes entornos cambiantes, caóticos y aprenden nuevas habilidades, diferente de los robots tradicionales que solo pueden realizar tareas repetitivas y centrados en la fabricación masiva. El software basado en IA (machine learning), añade a los robots industriales, capacidades colaborativas tanto con humanos como con otros robots. También puede ser programados también por los operarios. usan visión por computación y sensores, utilizados para trabajar mano a mano con el personal. También sirven para manipular materiales, mover objetos, realizar soldaduras, moler, prensar, mezclar, clasificar cosas o fijar tornillos. (Fagella, 2024) 4.5 Seguridad Laboral y Prevención de Riesgos monitorización de los entornos de trabajo utilizando visión por computación, permite detectar situaciones peligrosas de trabajadores. (Simplificando, 2023) CONCLUSIONES La inteligencia artificial contribuye a la mejora de calidad y agilidad en los procesos productivos en los que se aplica, manteniendo un inventario en tiempo real lo que se traduce en reducción de costos; también es de esencial relevancia en la seguridad laboral gracias a la implementación de sensores que monitorean las actividades del operario de manera inmediata previniendo accidentes laborales. Así mismo, la automatización de los procesos y la adopción de sistemas de fabricación flexibles permiten mayor adaptabilidad a los cambios frecuentes del mercado evitando que las empresas se queden relegadas con respecto a la demanda dinámica subyacente a las tendencias marcadas por la evolución del consumo. Referencias BobCAD-CAM. (s.f.). BobCAD-CAM. Obtenido de https://softwarecadcam.com/productos/torno-cnc-2-ejes/ Campus Seas. (15 de febrero de 2023). En qué Consiste la Producción Flexible. Obtenido de Blog Seas: https://www.seas.es/blog/produccion-mantenimiento/en-que-consiste-laproduccion-flexible/ Fagella, D. (2024). The AI Consulting Podcast. Obtenido de Emerj: https://emerj.com/aiconsulting-podcast/ Full Autos. (15 de diciembre de 2021). Así se ensambla un Renault en Colombia | Planta SOFASA. Obtenido de YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=neHSkC-TXBs Hernandez, J. (18 de Julio de 2024). Impacto TIC. Obtenido de Robótica Industrial, Automatización y Empleo: https://impactotic.co/tecnologia/robotica-industrialautomatizacion-y-empleo/ Krar, S., Gill, A., & Smid, P. (2001). Computer Numerical Control Simplified. New York: Industrial Press Inc. Obtenido de https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=I4HIz7l7zikC&oi=fnd&pg=PP5&dq=com puter+numerical+control+programming&ots=gaoZ0aDBij&sig=NGfVsJYImjpfug4VoAtLxZHUaQ#v=onepage&q=computer%20numerical%20control%20progra mming&f=false Munro, O. (15 de febrero de 2023). Automation in Manufacturing: Uses, Examples, & Trends. Obtenido de Uleashed: https://www.unleashedsoftware.com/blog/automation-inmanufacturing Simplificando. (4 de junio de 2023). Inteligencia Artificial IA en la AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL: 8 Ejemplos de Aplicaciones y Software. Obtenido de YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=F3viSTmd_U8&list=LL
