7tiempo real en los sistemas de manufactura flexible automatizado

8/16/2019 7Tiempo Real en Los Sistemas de Manufactura Flexible Automatizado

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Computación y Sistemas

ISSN: 1405-5546

[email protected]

Instituto Politécnico Nacional

México

Hernández López, Gabriel

Tiempo real en los sistemas de manufactura flexible automatizado

Computación y Sistemas, vol. 15, núm. 1, septiembre, 2011, pp. 129-132

Instituto Politécnico Nacional

Distrito Federal, México

Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=61520862012

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Computación y Sistemas Vol. 15 No. 1, 2011 pp 129-13ISSN 1405-554

RESUMEN DE TESIS DOCTORAL

Tiempo real en los sistemas de manufactura flexibleautomatizado

Automated Flexible Manufactur ing System in Real-Time

Gabriel Hernández LópezGraduado el 27 de Junio del 2008

Escuela de Ingeniería, Universidad PanamericanaMéxico, D. F.

[email protected]

Director:José de Jesús Medel Juárez

Centro de Investigación en Computación, Instituto Politécnico NacionalMéxico, D. F.

[email protected]

Resumen Este trabajo formaliza las propiedades quedefinen e integran a un Sistema de Manufactura

Automatizado en Tiempo Real (SMFaTR ), a través de unconjunto de conceptos teóricos de Tiempo Real (T R )aplicables a un Sistema de Manufactura Flexible

Automatizado (SMFa ) descrito por actividades yoperaciones atómicas en común, como son: las señales

de entrada para iniciar cualquier rutina, activación deseñales de salida, el tiempo de inicio de la operación, eltiempo máximo de operación, fallas de operación,actividades de reinicio y el tiempo total de operación.Esta formalización de conceptos contribuye para eldiseño y re-diseño de un SMFa en su estructura decontrol logrando una sincronía de comunicación entresus componentes. Palabras clave Manufactura flexible automatizada,tiempo real, señalización y control.

Abstract This document formalizes the properties thatdefine and integrate an Automated ManufacturingSystem in Real Time (aMSTR ), through a set oftheoretical concepts of Real Time (RT ) applicable to an

Automated Flexible Manufacturing System (aFMS )

described by activities and atomic operations incommon, as are: the input signals to start any routineactivation, an activation of output signals, the start timeof the operation, the maximum time of operation,operation failure, restart activities and the total timeoperation. These concepts formalization contributes tothe design and re-design of a structure aFMS control inachieving communication synchrony between itscomponents.

Keywords Automated flexible manufacturing, real-timsignals and control.

1 Introducción

Un Sistema de Manufactura Flexible (SMF) est

dinámicamente interactuando con su mediambiente, lo cual afecta en la operación generaLos cambios se deben: a) al número dproductos a fabricar, b) el ciclo de vida deproducto y, c) a la gama de productos manufacturarse dentro del SMF. Esto trate comconsecuencia la preparación de los dispositivode sujeción, la programación de los diferenteelementos automáticos (robots, actuadorescentros de maquinado, sistemas de inspecciónetc.) y al registro de información.Requiriendo que el SMF este en sincronía cotodos los elementos automáticos que interactúacon él y proporcione en los ámbitos d

información, programación y operación en tiempreal (TR). En este artículo se formalizan loconceptos de SMF y TR como un solo conceptexpresándose como Sistema de ManufacturFlexible en Tiempo Real (SMFTR).


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2 Estado del arte de los sistemas demanufactura flexible automatizados(SMFa) y tiempo real (TR)

Un SMFa está dinámicamente interactuando conun medio ambiente de producción, lo cual afectaa su operación en general, de acuerdo con: a) alnúmero de productos a fabricar, b) el ciclo de vidadel producto en el proceso productivo y, c) a lagama de productos a manufacturarse. Esto tratecomo consecuencia: I) la preparación de losdispositivos de sujeción, II) la programación de

los diferentes elementos automáticos (robots,actuadores, centros de maquinado, sistemas deinspección, etc.) y III) el registro de informaciónde la cadena productiva, así como los tiempos deproducción de cada uno de sus elementos otiempos de espera para integrar a un producto.De forma que los elementos que los componenrequieren estar en sincronía en su comunicacióny, con restricciones de tiempo, es decir, suprogramación debe ser en TR.

Con lo anterior la investigación se dirigió a laformalización de conceptos para los SMFa en TR,su desarrollo fue a través de la atomización delos procesos de programación en su estructurade control, logrando así una sincronía de señalesde todo el sistema. Por tanto la formalización deconceptos es la siguiente:

Definición 1 (Sistema de Manufactura Flexible Automatizado (SMFa)). Es un sistema digitalintegrado por maquinas-herramientas enlazadasmediante un sistema de manejo de materialesoperados automáticamente [1], [3], [4] y [5].

Definición 2 (Sistema en Tiempo Real (STR)).Es aquel sistema digital que interactúaactivamente con un entorno con dinámicaconocida en relación con sus entradas, salidas yrestricciones temporales, contando con uncorrecto funcionamiento de acuerdo a losconceptos de estabilidad, controlabilidad y

alcanzabilidad [2].La interacción con el mundo real está

determinada por la demanda del producto sobreuna taza específica y con una calidad definida,además de la posibilidad de entregar respuestasen el mínimo tiempo y según la complejidad de laprogramación dentro de la cadena productiva.

Las anteriores definiciones en conjuntestablecen la base del funcionamientautomatizado de un SMFa, teniendo comresultado una definición integral.

3 Sistema de manufactura flexiblautomatizado en tiempo real (SMFaTR)

Un SMFa que esta dinámicamente interactuandcon su medio ambiente del cual recibe e integrmateria a un producto, respectivamente. Es usistema digital que se encuentra afectado por ugrupo de estados y operaciones dentro de lcadena productiva de hardware y software que lcompone.

En el SMFa, se consideran cambios parobtener un grupo de productos dentro de uproceso de manufactura acotado y se debe: a) anúmero de productos a fabricar por cada gamab) el ciclo de vida del producto y del proceso dmanufactura y, c) a la gama de productos manufacturarse en un tiempo límite. Esto tracomo consecuencia la preparación de los ciclode trabajo del sistema, a través de programación de los diferentes elementoautomáticos (robots, actuadores, centros dmaquinado, sistemas de inspección, etc.),

registro de información en relación a latolerancias y tipo de calidad del productocumpliendo con especificacionepredeterminadas por el grupo de restricciones [1[3], [4] y [5].

Considerando lo anterior este tipo de sistemarequiere entregar cada uno de sus productos eforma concurrente dentro de un intervalo dtiempo predefinido por el proceso real, ya que eSMFa se convierte en un solo recurso parmúltiples procesos que interactúan y permitecumplir con la entrega total de los lotes qutienen que trabajarse.

Definición 3 (Sistema de Manufactura Flexibl

Automatizado en Tiempo Real (SMFaTR)). Es uSistema donde la sincronía entre cada uno d

sus componentesi

jC (operaciones atómica

realizadas por cada herramienta) permite que scumpla en forma temporal la secuenc

establecida en EOT (el ciclo de trabajo) y que s

realice la entrega del producto de acuerdo a la


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61101.02.04.0015.02.0 p R R ReiT t T T T T T T F F F O

restricciones de tiempo impuestas por el procesoen la alimentación y de la entrega del productosin demerito de una calidad preestablecida ymedible.

Es llamado SMFaTR aquel sistema demanufactura en el que por pares de espacios de

operaciones se cumple que j j

EOT

donde j s el ciclo del proceso. Es decir, que de

acuerdo al concepto de SMFa, esta clase desistemas deben interactuar con más de dos cicloso procesos, lo que significa que el conjunto decomponentes y operaciones tienen que serutilizadas por diferentes tiempos y procesos, sinllegar al conflicto entre la señalización

j j

EOT

.

La aplicación de los conceptos definidos enesta investigación fue empleada en la re-programación de un SMFa que tiene a unControlador Lógico Programable (PLC) comomedio de interacción de las señales de todos loselementos, dispositivos e instrucciones de cadaproducto. Es decir en el PLC se desarrolla laasignación concurrente de todas las actividadesdel SMFa para múltiples procesos que cuentecon las restricciones de TR.

4 Ejemplo de la asignación concurrentedel SMFaTR

La experimentación se realiza en un SMFa1 para

dos productos: 1. Fabricación y ensamble de uncronometro y 2. Fabricación y ensamble de unsistema de rodamiento [5]. Estos dos productosse requieren desglosar en operaciones atómicascon tiempos determinados de ejecución,determinado por la complejidad de la mismaoperación y estableciendo prioridades en cadauna de sus operaciones. El SMFa, está integrado

por tres estaciones de trabajo: Almacén,Maquinados, inspección y Ensamble dotadas dedispositivos automáticos, donde se compruebacualitativamente y cuantitativamente su calidad ysincronía de las operaciones, de acuerdo con [4]y [2]; esto es, sus condiciones temporales son:

1 Equipo de manufactura automatizada de la Escuela de Ingeniería de

la Universidad Panamericana, Augusto Rodin 498, InsurgentesMixcoac, C. P. 03920. México D. F.

donde: TTp = Tiempo total de operación., Ti Tiempo de inicio., Te = Tiempo de ejecución., TR= Tiempo de recuperación de falla 1., TRf2 Tiempo de recuperación de falla 2., TRf6 = Tiemp

de recuperación de falla 6., 1, pt : Tiempo del cic

del proceso.Los coeficientes del polinomio en su sumator

no serán mayores al 100%, por cada proceso

realizar; y la operación seleccionada entre amboprocesos dependerá del peso que tenga epolinomio en el tiempo especificado.

El espacio de las condiciones temporalellevadas al proceso de programación del PLC sencuentran acotadas por los plazos de entregde producto y muy importante, al manejo de laseñales, que son las que hacen uncomunicación efectiva para la sincronía que esistema requiere. Esto se logra siempre y cuandla matriz de coeficientes del espacio dcondiciones temporales sea inverso y así otorgalos tiempos de operación más adecuados qucumplan las restricciones de un TR.

5 Conclus iones

La ejecución de las operaciones del SMFa bajo estructura de control del PLC otorgo procesoreales que emitían respuestas correctas y esincronía con los procesos adyacentes quforman parte de la cadena productiva dentro dun ciclo de trabajo.

La descripción teórica del SMFa permitobservar que esta clase de sistemas operan eforma digital con restricciones y sincronía entrsubprocesos, cumpliendo las propiedades de TR

Se observó que la programación del PLdepende de los plazos de entrega de producto muy importante al manejo de las señales siempre se deben analizar detalladamente cuaes la función de cada una de ellas.


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Referencias

1. Boon , G. K., & Mercado, A. (1990). Automatización

flexible en la industria; Difusión y producción de

máquinas-herramientas de control numérico en

América Latina. México, D.F.: LIMUSA

2. Guevara, P., & Medel, J. (2003). Introducción a los

Sistemas en Tiempo Real. México, D.F.: Instituto

Politécnico Nacional

3. Oliva, E. (2001). Sistemas Celulares de Producción.

México, D.F.: Instituto Politécnico Nacional.

4. Nyman, L. R. (1992). Making Manufacturing Cells

Work. Dearborn, MI: Society of Manufacturing

Engineers, in cooperation with the Computer and Automated Systems Association of SME.

5. Greenwood, N. R. (1988). Implementing Flexible

Manufacturing Systems. New York: Wiley.

Gabriel Hernández López

Doctor en Tecnología Avanzada (2009) por el Centro deInvestigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzadadel Instituto Politécnico Nacional, Maestro en Ciencias(2003) en Ingeniería (Manufactura Avanzada) IngenieroIndustrial (1998) (Automatización y Robótica), egresado dela Unidad Profesional Interdisciplinaria de IngenieríasCiencias Sociales y Administrativas (UPIICSA) del InstitutoPolitécnico Nacional. Actualmente es investigadoracadémico en la Escuela Ingeniería de la UniversidadPanamericana.

José de Jesús Medel Juárez

Doctor (1998) y Maestro en Ciencias (1996) en IngenieríaEléctrica (Control Automático) egresado del Centro deInvestigación y Estudios Avanzados, es Ingeniero

Aeronáutico egresado de la Escuela Superior deIngeniería Mecánica y Eléctrica, del Instituto Politécnico

Nacional en México, Actualmente es Profesor Investigaddel Centro de Investigación en Computación y ProfesoInvitado del Centro de Investigación en Ciencia AplicadaTecnología Avanzada. Miembro de la Academia dCiencias. Sus áreas de investigación son: Filtrado DigitaTeoría de Control y Sistemas en Tiempo Real.

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