Embed Size (px)
Citation preview
DISEÑO DE UN CONTROL AUTOMATICO EN LINEA PARA MANEJO DE PRODUCTIVIDADES, TIEMPOS MUERTOS Y DESPERDICIOS EN MAQUINAS
ROTATIVAS
MANUEL FERNANDO DUQUE ZULUAGA JULIAN ANDRES CARMONA CARDONA
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA
SANTIAGO DE CALI 2008
2
DISEÑO DE UN CONTROL AUTOMATICO EN LINEA PARA MANEJO DE PRODUCTIVIDADES, TIEMPOS MUERTOS Y DESPERDICIOS EN MAQUINAS
ROTATIVAS
MANUEL FERNANDO DUQUE ZULUAGA JULIAN ANDRES CARMONA CARDONA
Trabajo de Grado para optar al titulo de Ingeniero Mecatrónico
Director
ANDRES FELIPE NAVAS Ingeniero Mecatrónico
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA
SANTIAGO DE CALI 2008
3
Nota de aceptación:
Aprobado por el comité de grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad autónoma de Occidente para optar al titulo de Ingeniero Mecatrónico.
Ing. ANDRÉS FELIPE NAVAS Director de pasantía Ing. JUAN CARLOS MENA Jurado
Santiago de Cali, febrero 9 del 2008
4
CONTENIDO
Pág.
RESUMEN 11 INTRODUCCION 12 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 14 2. JUSTIFICACION 15 3. OBJETIVOS 16 3.1 OBJETIVO GENERAL 16 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 16 4. MARCO TEORICO 17 5. ANTECEDENTES 22 6. OBTENCION DE DATOS PRIMARIOS 23 6.1 ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA 23 6.1.1 Entorno 23 6.1.2 Situación interna 23 6.1.3 Características de las prensas rotativas de PRODISPEL S.A. 26 6.2 PLANTEAMIENTO DE LA MISION 28 6.3 IDENTIFICACION DE LAS NECESIDADES DEL CLIENTE 30 6.3.1 Interpretación de las necesidades 32 6.4 IDENTIFICACION DE LAS MEDIDAS Y UNIDADES 33
5
Pág.
6.4.2 Unidades y medidas del dispositivo 30 6.5 ESTABLECIMIENTO ESPECIFICACIONES PRELIMINARES 35 6.5.1 Matriz de correlación 36 6.5.2 Especificaciones preliminares 39 7. DESARROLLO CONCEPTUAL 40 7.1 GENERACION DE CONCEPTOS 40 7.1.1 Descomposición funcional 40 7.1.2 Resultados de la búsqueda externa de conceptos 41 7.1.3 Árboles de clasificación 43 7.1.4 Refinamiento de la descomposición funcional 46 7.1.5 Matriz de combinación de conceptos 46 7.2 SELECCIÓN DE CONCEPTOS 56 7.2.1 Matriz para el tamizaje de conceptos 56 7.2.2 Matriz de evaluación de conceptos 57 7.3 PRUEBA DE CONCEPTOS 59 7.3.1 Descripción verbal del concepto 59 7.4 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 60 7.4.1 Interacción entre conjuntos y componentes 61 7.4.2 Descripción de elementos 61 7.4.3 Esquema de grupos de elementos a conjuntos 62
6
Pág. 7.4.4 Interacciones fundamentales 64 7.4.5 Interacciones incidentales 64 7.5 DISEÑO INDUSTRIAL 64 7.5.1 Valoración del diseño industrial 65 7.5.2 Naturaleza del producto 67 7.5.3 Valoración del DI en nuestro modelo propuesto 67 7.6 DISEÑO PARA MANUFACTURA 68 7.7 PRINCIPALES COMPONENTES DEL DISEÑO 68 8. CONCLUSIONES 69 BIBLIOGRAFIA 70 ANEXOS 71
7
LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Clasificación de los sensores 18 Tabla 2. Planteamiento de la misión 28 Tabla 3. Planteamiento de las necesidades del cliente 31 Tabla 4. Medidas y unidades 33 Tabla 5. Relación de medidas y necesidades 34 Tabla 6. Matriz de correlación 35 Tabla 7. Especificaciones preliminares 39 Tabla 8. Matriz de combinación de conceptos 47 Tabla 9. Matriz de tamizaje de conceptos 57 Tabla 10. Matriz de evaluación de conceptos 58
8
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Caja negra 40 Figura 2. Descomposición funcional del modelo 41 Figura 3. Árbol de clasificación sensar cantidad de papel 43 Figura 4. Árbol de clasificación sensar velocidad-paro de maquina 44 Figura 5. Árbol de clasificación sensar producto terminado 44 Figura 6. Árbol de clasificación acción de control 45 Figura 7. Árbol de clasificación interfaz grafica HMI 45 Figura 8. Concepto A 49 Figura 9. Concepto B 50 Figura 10. Concepto C 51 Figura 11. Concepto D 52 Figura 12. Concepto E 53 Figura 13. Concepto F 54 Figura 14. Concepto G 55 Figura 15. Interacciones entre conjuntos y componentes 61 Figura 16. Grupos de elementos a conjuntos 63 Figura 17. Interacciones fundamentales 64 Figura 18. Interacciones incidentales 65
9
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. (Casa de las calidades 71 Anexo B. (Características eléctricas de un sensor) 72 Anexo C. (Dimensiones de diferentes plc) 74 Anexo D. (Especificaciones técnicas del plc micrologix 1500) 80 Anexo E. (Especificaciones técnicas de pantallas touch screen) 84 Anexo F. (especificaciones técnicas de encoder incremental) 86 Anexo G. (Diferentes tipos de lectores de código de barras) 72 Anexo H. (Definición, características y aplicaciones de los códigos de barras) 93 Anexo I. (Especificaciones técnicas del lector de código de barras psc lm520) 97 Anexo J. (Comparación de un sistema automatizado por relés y plc) 100 Anexo K. (Protocolo tcp / ip) 102 Anexo L. (Composición, propiedades, y tratamientos de los aceros 1020) 107 Anexo M. (Grafico arquitectura de control del modelo propuesto) 110 Anexo N. (Grafico de manejo de eficiencias en pc de producción) 111
10
Pág.
Anexo O. (Grafico menú principal pantallas touch screen) 112 Anexo P. (Grafico de información introducida por el operario en pantallas touch screen) 113 Anexo Q. (Grafico de registro de paradas en pc de producción) 114 Anexo R. (Grafico de selección tipo de improductivo por parte del operario en pantallas touch screen) 115
11
RESUMEN
Por medio del siguiente trabajo se efectúa el diseño de un control automático para manejo de productividades, tiempos muertos y desperdicios en maquinas rotativas de formas continuas para la empresa PRODISPEL S.A., dicho diseño se realizo basado en el modelo estructurado visto en el área de diseño mecatrónico para el desarrollo de productos. El desarrollo del trabajo se inicia con la obtención de datos primarios para conocer el problema a solucionar, seguidamente se consultan las necesidades de la empresa para determinar cuales de ellas son las mas relevantes y sobre las cuales se hace énfasis a la hora de afrontar la etapa de diseño detallado del dispositivo.
12
INTRODUCCION
Con el paso de los años, la industria en general ha alcanzado un alto grado de automatización. Este proceso ha sido impulsado por un mayor nivel de competitividad del mercado que ha obligado a las empresas a buscar modos de disminuir costos y, a la vez, aumentar la calidad y mejorar la organización global para responder a la demanda. Sin embargo el principal objetivo de la automatización (producir el mejor producto a un costo mas bajo), exige que las distintas funciones de una planta trabajen juntas como si fuesen una sola entidad. Hasta hace poco los sistemas de automatización eran sistemas cerrados, buenos en el control individual de los procesos pero incapaces de optimizar el funcionamiento de la planta. Por eso, actualmente se tiende a diseñar sistemas abiertos, que sean capaces de integrar las funciones de un sistema de control distribuido basado en autómatas u otros elementos programables con sistemas de gestión de alto nivel. La ingeniería de la automatización industrial ha efectuado un enorme progreso en la última década. Elementos de hardware cada día más potentes, la incorporación de nuevas funcionalidades, y el desarrollo de las redes de comunicación industriales, permiten realizar excelentes sistemas de automatización industrial en tiempos mínimos. En la industria manufacturera básicamente se cuenta con 3 variables de importancia para la productividad, las cuales son: • Eficiencias. • Tiempos muertos. • Cantidad de desperdicio. A partir de estas 3 variables podemos medir y cuantificar los costos de producción y la productividad de maquinas y operarios. Generalmente los registros de estas 3 variables son llevados manualmente al final de cada turno (son registros históricos), impidiendo tomar correctivos en el transcurso de los turnos u ordenes de producción. Este proyecto tiene como propósito principal la captura de los datos de estas 3 variables y la realización de los cálculos necesarios para obtener resultados parciales de las eficiencias por maquina, horas improductivas y cantidad de desperdicio en el momento que se necesite. Obteniendo esta información en línea con una frecuencia de 5 minutos se pretende que el área encargada de la producción en la industria manufacturera se mantenga al tanto de lo que esta
13
sucediendo con los índices de productividad de la planta y en caso de que sea necesario tomar decisiones al instante sobre una orden de producción y no tener que esperar al cierre de estas o terminación de un turno para sacar conclusiones y tomar correctivos. También permitirá en cierta forma tener un control sobre la manipulación de información de tiempos muertos, cantidad de producto terminado y cantidades de desperdicio por parte de los operadores de la planta.
14
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El sistema actual de medición de las variables de productividad del proceso (eficiencias, tiempos muertos y desperdicios), en PRODISPEL S.A. es histórico. Para obtener un dato de estos, es necesario esperar la finalización de un turno o a veces el cierre de una orden de producción uno o varios días después, cuando ya no es posible tomar los correctivos necesarios. La liquidación actual es Manual. En la incesante búsqueda por parte de la empresa para disminuir los costos de producción, se llegó a la conclusión de la necesidad de automatizar el proceso de captura de datos de las variables implicadas en el proceso con el fin de tener un procesamiento continuo de información de todas las operaciones del área de producción.
15
2. JUSTIFICACION Es de gran importancia para el sector manufacturero implementar estrategias que conlleven a un mejoramiento de las eficiencias en todas las etapas de la producción, para minimizar al máximo el rango diferencial existente entre la eficiencia bruta y eficiencia neta en la planta, logrando así disminuciones significativas en los costos de producción (mano de obra directa, material y costos indirectos de fabricación). De los tres factores anteriormente mencionados que inciden en los costos de fabricación, los de mayor relevancia para la empresa son la mano de obra directa (5%), y el material (80%), por eso la necesidad de llevar un control más estricto sobre estos factores. Uno de los mayores beneficios que proporcionara el desarrollo de este proyecto, es la reducción de los costos de producción, ya que se reducirían la cantidad de tiempos improductivos, y se tendría un mayor control sobre el desperdicio de material (papel), mediante la obtención de resultados parciales que permitirán tomar correctivos instantáneos y poder aumentar la eficiencia de planta.
16
3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL Proponer un modelo para la medición en línea de las tres variables de control fundamentales en el costo de producción para la empresa PRODISPEL S.A. Estas variables son: • Porcentaje de productividad. • Porcentaje de tiempos muertos. • Porcentaje de desperdicio por operación. 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS • Realizar la liquidación de la eficiencia neta y bruta, por maquina, turno, operario. (Con frecuencias de cada 10 minutos, por pantalla). • Cuantificar las horas improductivas por equipos, sección, operario, total compañía y sus conceptos. (Con frecuencias de cada 10 minutos, por pantalla). • Hacer la medición de la eficiencia global de la planta. (Con frecuencias de cada 5 minutos, por pantalla). • Realizar la liquidación preliminar y global del desperdicio. (Con frecuencias de cada 10 minutos, por pantalla). • Hacer un conteo de los kilos reales producidos. • Medir la velocidad actual de la maquina (Tiros/h). • Estado de la maquina (parada/andando).
17
4. MARCO TEORICO Máquinas: Donde se realizan los procesos, los traslados, las transformaciones de los productos, etc. Accionadores: Están acoplados a las máquinas para realizar movimientos, calentamientos. Son motores de corriente continua, motores de corriente alterna, cilindros neumáticos. Accionadores Eléctricos: Utilizan como fuente de energía, la eléctrica y toman muy diferentes formas como son: válvulas eléctricas, motores eléctricos de velocidad variable, motores de velocidad fija, resistencias de calentamiento, cabezas de soldadura, cabeza de corte por láser. Accionadores Neumáticos: Utilizan como fuente de energía, el aire comprimido. Este se obtiene por medio de un grupo compresor, y luego se distribuya por la fabrica a las maquinas que lo utilicen. Son principalmente cilindros. Sensores: Son elementos que informan al órgano de mando del estado del sistema o de los eventos que sucedan en él. Los sensores captan las señales necesarias para conocer el estado del proceso y decidir su desarrollo futuro. Detectan posición, presión, temperatura, caudal, velocidad, aceleración, etc. La gama de sensores disponible en el mercado es muy amplia con el objeto de responder a los múltiples problemas de detección que se plantean en las máquinas de fabricación. Los captadores basados en fenómenos eléctricos, magnéticos u ópticos adoptan una estructura general que se compone de tres etapas: • Sensor o captador: Efectúa la conversión de las variaciones de una magnitud física en variaciones de una magnitud eléctrica o magnética.
• Etapa de tratamiento de la señal: Puede o no existir, se encarga de efectuar el filtrado, amplificación y comparación de la señal mediante circuitos electrónicos.
• Etapa de salida: Esta etapa esta formada por los circuitos de amplificación, conversión o conmutación necesarios en la puesta en forma de la señal de salida.
18
El número de sensores disponibles para las distintas magnitudes físicas es tan elevado que no se puede proceder racionalmente a su estudio sin clasificarlos previamente de acuerdo con algún criterio. Existen diversos criterios adicionales a los que se expondrán aquí. En la tabla 1 se recogen varios criterios de clasificación y se dan ejemplos de sensores de cada clase. Cualquiera de estas clasificaciones es exhaustiva, y cada una tiene interés particular para diferentes situaciones de medida.
Tabla 1. Clasificación de los sensores.
Criterio Clases Ejemplos Moduladores Termistor
Aporte de energía Generadores Termopar Analógicos Potenciómetro Digitales Codificador de posición Señal de salida
Todo o nada Célula fotoeléctrica De deflexión Acelerómetro de deflexión
Modo de operación De comparación Servoacelerómetro
Posición lineal o angular Resolvers Desplazamiento o deformación Condensador diferencial
Velocidad lineal o angular Tacogenerador, encoders Aceleración Galga + masa resorte Fuerza y par Galga extensiométrica
Presión Tubo Bourdon + Potenciómetro
Caudal Anemómetro Temperatura Resistencias NTC, PTC
Presencia o proximidad Ultrasonidos Táctiles Matriz de contactos
Intensidad lumínica Fotodiodo, fototransistor
Magnitud física a medir
Sistemas de visión artificial Cámaras CCD Resistivos Galga
Capacitivos Dieléctrico variable Inductivos y electromagnéticos LVT
Generadores Piroeléctricos Digitales Vórtices
Uniones p-n Fotoeléctricos
Parámetro variable
Ultrasonidos Efecto Doppler
Acondicionadores de señal: adaptadores o amplificadores, en sentido amplio, son los elementos del sistema de medida que ofrecen, a partir de la señal de salida de un sensor electrónico, una señal apta para ser presentada o registrada o que simplemente permita un procesamiento posterior mediante un equipo o instrumento estándar. Normalmente, son circuitos electrónicos que ofrecen, entre otras funciones, las siguientes: Amplificación.
19
Filtrado. Adaptación de impedancias. Modulación. Demodulación. Si se considera, por ejemplo, el caso en que una de las etapas de tratamiento de la señal de medida es digital, si la salida del sensor es analógica, que es lo más frecuente, hará falta un convertidor A/D. Éstos tienen una impedancia de entrada limitada, exigen que la señal aplicada sea continua o de frecuencia de variación lenta, y que su amplitud esté entre unos límites determinados, que no suelen exceder de 10 voltios. Todas estas exigencias obligan a interponer un acondicionador de señal entre el sensor, que muchas veces ofrece señales de apenas unos milivoltios, y el convertidor A/D. La presentación de los resultados puede ser de forma analógica (óptica o acústica) o numérica (óptica). El registro puede ser magnético o sobre papel, e incluso electrónico (memorias eléctricas), y exige siempre que la información de entrada esté en forma eléctrica. Protocolos de comunicación: Los protocolos son como reglas de comunicación que permiten el flujo de información entre computadoras distintas que manejan lenguajes distintos, por ejemplo, dos computadores conectados en la misma red pero con protocolos diferentes no podrían comunicarse jamás, para ello, es necesario que ambas "hablen" el mismo idioma, por tal sentido, el protocolo TCP/IP (Ver Anexo D), fue creado para las comunicaciones en Internet, para que cualquier computador se conecte a Internet, es necesario que tenga instalado este protocolo de comunicación Elementos de dialogo Hombre-Maquina: Permiten el dialogo entre el operador y la unidad de control. Están implantados en el pupitre de la maquina: pilotos, pulsadores, teclados, visualizadores. Elementos de Mando: Son los elementos de calculo y control que comandan el proceso. Han tenido un desarrollo espectacular en las 2 últimas décadas, permitiendo controles más avanzados y flexibles sin requerir instalaciones complejas. Suelen ser AUTOMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES (PLC). Eficiencia: Es la razón entre la producción real obtenida y la producción estándar esperada. Eficacia: capacidad y poder para obrar, fuerza de obligar las normas jurídicas en cuanto a su cumplimiento Efectividad: Es el grado en el que se logran los objetivos. En otras palabras, la forma en que se obtienen un conjunto de resultados refleja la efectividad, mientras que la forma en que se utilizan los recursos para lograrlos se refiere a la eficiencia.
20
Productividad: Es la combinación de ambas, ya que la efectividad esta relacionada con el desempeño y la eficiencia con la utilización de recursos. Otra forma de medir la productividad es:
Interfaces, dominios de datos y conversiones : En los sistemas de medida, las funciones de transducción, acondicionamiento, procesamiento y presentación, no siempre se pueden asociar a elementos físicos distintos. Además, la separación entre el acondicionamiento y el procesamiento puede ser a veces difícil de definir. Pero, en general, siempre es necesaria una acción sobre la señal del sensor antes de su uso final. Con el término interfaz se designa, en ocasiones, el conjunto de elementos que modifican las señales, cambiando incluso de dominio de datos, pero sin cambiar su naturaleza, es decir, permaneciendo siempre en el dominio eléctrico. Se denomina dominio de datos al nombre de una magnitud mediante la que se representa o transmite información. En el dominio analógico, la información está en la amplitud de la señal, bien se trate de carga, corriente, tensión o potencia. En el dominio temporal, la información no está en las amplitudes de las señales, sino en las relaciones temporales: período o frecuencia, anchura de pulsos, fase. En el dominio digital, las señales tienen sólo dos niveles. La información puede estar en el número de pulsos, o venir representada por palabras serie o paralelo codificadas.
El dominio analógico es, en general, el más susceptible a interferencias eléctricas. En el dominio temporal, la variable codificada no se puede medir, es decir, convertir al dominio de números, de forma continua, sino que hay que esperar un ciclo o la duración de un pulso. En el dominio digital, la obtención de números es inmediata.
La estructura de un sistema de medida refleja, pues, las conversiones entre dominios que se realizan, e influye particularmente en ella el que se trate de una medida directa o indirecta. Una medida física es directa cuando se deduce información cuantitativa acerca de un objeto físico o acción mediante comparación directa con una referencia. A veces se puede hacer simplemente de forma mecánica, como en el caso de una balanza clásica. En las medidas indirectas la cantidad de interés se calcula a partir de otras medidas y de la aplicación de la ecuación que describe la ley que relaciona dichas
21
magnitudes. Los métodos empleados suelen ser siempre eléctricos. Es el caso, por ejemplo, de la medida de la potencia transmitida por un eje a partir de la medida del par y de la medida de su velocidad de rotación.
22
5. ANTECEDENTES
De acuerdo a la revisión bibliografica realizada en la biblioteca de la Universidad Autónoma de Occidente, Internet, libros especializados y empresas de automatización, hasta el momento no se han realizado diseños o modelos para monitorear estas 3 variables de producción. A nivel general se han efectuado implementaciones de automatización de procesos industriales, pero sin embargo no se menciona ninguno que haga control sobre las variables de productividad de una empresa manufacturera.
23
6. OBTENCION DE DATOS PRIMARIOS
6.1 ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA 6.1.1 Entorno • Competidores. Los principales competidores del entorno actual de Prodispel S.A. se encuentran en el sector industrial del segmento de las artes gráficas entre los cuales se destacan: Bico Internacional S.A., Fesa, Forval, Copapel, Danaranjo, Panamericana, Cadena y Fabupel • Proveedores. Prodispel pensando siempre en ofrecer los mejores productos del mercado utiliza materias primas de la más alta calidad, entre las cuales se destacan productos de: • Productora de papeles S.A. (PROPAL S.A.) • Papeles autocopiativos (Químico) de Mitsubishi paper mills limited • Dow Chemical. • C.I. Valle Trade S.A. • Sinclair S.A. • Planchas y películas Kodak polychrome graphics • Papeles y Cartones S.A. • Industria Química Aserquim • H.B. Fuller Colombia Ltda. • Entre otros.
6.1.2 Situación interna Reseña histórica. PRODISPEL S.A. fué constituida en Diciembre de 1996, en la notaría única de Caloto y es una empresa filial del grupo DISPAPELES S.A., se encuentra localizada en el municipio de Caloto, en el Parque Industrial y Comercial del Cauca Etapa 1 vía Ingenio La Cabaña y si bien es cierto sus predios están ubicados en tierras de Caloto, se encuentra a 25 minutos de su casco urbano, mientras que está a 5 minutos del casco urbano de Puerto Tejada, esto debido a que se asienta en terreno fronterizo entre ambos municipios. Dada su ubicación estratégica se encuentra amparada bajo la Ley Páez, lo que le permite gozar de algunas exenciones tributarias hasta el año 2005.
24
Su primera etapa de construcción de 4000 m2 se terminó en Junio de 1998, e inició operaciones en Julio de ese mismo año. La segunda etapa de ampliación a 5000 m2 adicionales termina su construcción en Abril del 2001. Prodispel inicia operaciones con 7 máquinas en 1998 y debido a la gran calidad, aceptación e introducción de nuevos productos en el mercado, hoy cuenta con mas de 27 máquinas con capacidad para atender el mercado nacional e internacional en la fabricación de formas continuas, sobres de correspondencia, sobres de otros tamaños, rollos, e impresión de información variable a través de sistemas de impresión digital siempre comprometida con la inversión social y protección del medio ambiente, enfocada a mejorar permanentemente sus niveles de productividad y calidad, razón por la cual en el corto plazo comenzará a implementar la norma ISO 9001 para alcanzar la certificación en todo su sistema de Gestión de la Calidad. Misión. Elaborar a partir del papel, productos para el registro e impresión de información utilizando con eficiencia, todos los recursos productivos y técnicos de PRODISPEL S.A. aprovechando óptimamente, su tecnología de punta, su capacidad instalada y el talento humano, siempre bajo parámetros internacionales de calidad y de mejoramiento continuo, de tal manera, que le permitan satisfacer con un alto grado de competitividad, confiabilidad y compromiso, las necesidades de los clientes, accionistas, empleados y proveedores, generando con ello, valor agregado que aporte desarrollo y progreso para el país.
Visión. Esperamos que PRODISPEL S.A. en el año 2010 sea reconocida en Latinoamérica como una empresa líder en la producción y suministro de soluciones para el registro e impresión, de las transacciones y comunicaciones, que se generan dentro de las organizaciones e instituciones del orden económico, social y gubernamental en el ámbito nacional e internacional.
Valores institucionales. • Respeto por la dignidad humana personal y con los demás. • Honestidad y transparencia con su trabajo. • Cumplir fielmente con las normas de seguridad y demás políticas establecidas en la organización. • Respeto por los clientes y proveedores. • Compromiso con el desarrollo y crecimiento de la compañía. • Administración participativa que apoye los cambios de mejoramiento continuo. • Solidaridad con el desarrollo de la comunidad y protección del medio ambiente.
25
Objetivos estratégicos generales: • Promover e implementar programas de mejoramiento continuo con el apoyo de instituciones expertas y reconocidas en la aplicación de programas de Gerencia del Día a Día y 5’s para consolidar un Sistema de Gestión de Calidad certificado bajo la norma ISO 9001 que nos permita obtener altos niveles de competitividad en el mercado nacional e internacional. • Desarrollo e introducción de nuevos productos, y aumento de los porcentajes de participación del mercado nacional a través del logro de mejoras en los procesos productivos. • Aumentar los niveles de productividad, calidad y desempeño de la compañía para estar preparados ante las nuevas oportunidades de negocio que significará el acuerdo de libre comercio de las américas ALCA. Aspectos de mercadeo Portafolio de productos: La empresa cuenta con cinco (5) líneas de producción a saber: ♦ Formas continuas. ♦ Sobres de correspondencia. ♦ Sobres de otros tamaños ♦ Rollos pequeños para sumadora, registradora y fax. Todos en forma genérica (productos de stock para venta de mostrador), y especializados, esto es, personalizados por cliente, en los tamaños comercialmente usados en el mercado. ♦ Impresión de información variable en sistemas de impresión digital. Clientes: Los segmentos del mercado atendidos y a los cuales la compañía llega son: • El sector financiero: bancos, corporaciones bancarias, instituciones financieras, etc. • El sector industrial y comercial: A través de las empresas privadas. • El sector público: entidades gubernamentales centralizadas y descentralizadas como son: empresas públicas, fiscalías, etc. • El comercio en general con productos de línea genéricos. Ventas: Las ventas durante los últimos tres años de operación han mantenido un ritmo de crecimiento ascendente por encima del 20%, lo cual se refleja en los
26
porcentajes de participación del mercado nacional que al cierre del año 2003 y por líneas de producción están representados en: • Formas continuas 23%. • Sobres de correspondencia 40%. • Sobres de otros tamaños 15%. • Rollos pequeños 33%. Aspectos técnicos Infraestructura: La planta cuenta con instalaciones físicas de 9.000 m2 construidos aproximadamente además de contar con una planta eléctrica que entra en operación inmediatamente el servicio es interrumpido y una planta de tratamiento de aguas residuales con lo cual sigue su filosofía de protección del medio ambiente. Adicionalmente dispone de un lote propio de 10.000 m2 para futuras ampliaciones. Capacidad de producción: La capacidad instalada en planta supera las 1000 toneladas para la mezcla de todos los productos. Aspectos de personal: Al cierre del año 2003 la organización cuenta con más de 130 empleados, que según su procedencia representan un 50% de la región a quienes se les han dado continuas capacitaciones en operación de máquinas, pues muchos de ellos provienen de actividades agrícolas.
Características de las Prensas rotativas de PRODISPEL S.A. Máquina HARRIS 1200 (1): Prensa rotativa para fabricación de formas continúas a partir de bobina. Tiene 2 torres de impresión offset húmedo (litográfica). Tiene barra de volteo para lograr 2x0 o 1x1 entre las dos unidades offset. Posee unidad flexografica para tráficos de impresión directa con inversión de giro para impresión de frente o respaldo, unidad de numeración arábiga o de código de barras. Maquina acondicionada para operar de bobina a bobina o bobina a plegado. Unidad de proceso sistema schober para perforación marginal, sistema convencional de perforación con huecos de archivo, doble cilindro de perforación transversal y portacuchillas circulares para corte y perforación longitudinal. Permite imprimir formatos múltiplos de hasta 22” de largo y 9 ½ cabida triple, 10 5/8 cabida doble y 14 7/8 cabida doble en formas rayadas y blancas. Máquina HARRIS 1200 (2): Prensa rotativa para fabricación de formas continúas a partir de bobina. Tiene 2 torres de impresión offset húmedo (litográfica). Tiene barra de volteo para lograr 2x0 o 1x1 entre las dos unidades offset. Posee unidad flexografica para tráficos de impresión directa con inversión de giro para impresión de frente o respaldo, unidad de numeración arábiga o de código de barras.
27
Maquina acondicionada para operar de bobina a bobina o bobina a plegado. Unidad de proceso sistema schober para perforación marginal, sistema convencional de perforación con huecos de archivo, doble cilindro de perforación transversal y portacuchillas circulares para corte y perforación longitudinal. Permite imprimir formatos múltiplos de hasta 22” de largo y 9 1/2”, 10 5/8 y 14 7/8 de ancho en cabida sencilla y 9 ½ cabida triple, 10 5/8 cabida doble y 14 7/8 cabida doble en formas rayadas y blancas. Tiene empalmador de entrada y empalmador de salida que permite no parar la máquina. Máquina HARRIS 835: Prensa de impresión offset que imprime a un formato máximo de 18”, tiene un sistema de detección de rompimiento de papel por microswitch de palanca, 3 unidades impresoras. Cuenta con eje de perforación para huecos de archivo, perforación marginal, doble cilindro de perforación transversal. Maquina acondicionada para operar de bobina a bobina o bobina a plegado. Máquina HARRIS 1000 (22”): Prensa rotativa para fabricación de formas continúas a partir de bobina. Tiene 4 torres de impresión offset húmedo (litográfica). Tiene barra de volteo para lograr 2x0 o 1x1 entre las dos unidades offset. Posee unidad flexografica para tráficos de impresión directa con inversión de giro para impresión de frente o respaldo, unidad de numeración arábiga o de código de barras. Maquina acondicionada para operar de bobina a bobina o bobina a plegado. Unidad de proceso sistema schober para perforación marginal, sistema convencional de perforación con huecos de archivo, doble cilindro de perforación transversal y portacuchillas circulares para corte y perforación longitudinal. Permite imprimir formatos múltiplos de hasta 22” de largo y 10 5/8 cabida doble. Máquina HARRIS 1000 (17”): Prensa rotativa para fabricación de formas continuas a partir de bobina, cuenta con 3 torres de impresión offset húmedo (litográfica); compuesta por unidad de numeración y unidad flexográfica para impresión de tráficos (numeración arábiga y código de barras), barra de volteo para impresión de respaldo, unidad de proceso con masas de pin larga vida para perforación transversal unidad de alineación FIFE. Desarrollo de 17” de bobina a bobina o bobina a plegado, bobina a hojas separables de 17”. El formato de impresión es 48.3 cm. y 9 ½ cabida doble. Máquina HARRIS MR 1000: Prensa rotativa para fabricación de formas continúas a partir de bobina. Tiene 4 torres de impresión offset húmedo (litográfica). Tiene barra de volteo para lograr 2x2 o 1x3 entre las dos unidades offset. Posee unidad flexografica para tráficos de impresión directa con inversión de giro para impresión de frente o respaldo, unidad de numeración arábiga o de código de barras. Maquina acondicionada para operar de bobina a bobina o bobina a plegado. Unidad de proceso sistema schober para perforación marginal, sistema convencional de perforación con huecos de archivo, doble cilindro de perforación
28
transversal y portacuchillas circulares para corte y perforación longitudinal. Permite imprimir formatos múltiplos de hasta 22” de largo y 9 ½ cabida triple, 10 5/8 cabida doble y 14 7/8 cabida doble en formas rayadas y blancas. Cuenta con GP tinter incorporado y sistema de reproceso para bobina. Se puede acoplar el hojeador. 6.2 PLANTEAMIENTO DE LA MISION Tabla 2. Planteamiento de la misión .
DESCRIPCION DEL
PRODUCTO
CONTROLADOR PARA LA MEDICIÓN
DE PRODUCTIVIDADES, TIEMPOS
MUERTOS Y DESPERDICIOS PARA
PRENSAS ROTATIVAS.
OBJETIVOS DE MARKETING DEMOSTRAR LOS BENEFICIOS DE LA
OBTENCIÓN DE DATOS EN LINEA (TIEMPO
REAL), PARA EL MEJORAMINETO DE LA
PRODUCTIVIDAD, DISMINUCION DE
TIEMPOS IMPRODUCTIVOS Y EL CONTROL
DE LA CANTIDAD DE DESPERDICIO.
OFRECER UN DISPOSITIVO DE ALTA
CALIDAD Y CONFIABILIDAD QUE SEA DE
FÁCIL MANIPULACIÓN POR PARTE DEL
OPERARIO.
MERCADO PRIMARIO
PRODUCTORA Y DISTRIBUIDORA DE PAPEL
S.A. PRODISPEL S.A.
MERCADO SECUNDARIO EMPRESAS MANUFACTURERAS DEL
SECTOR PAPELERO..
PREMISAS Y RESTRICCIONES COMPONENTES CON RESPALDO Y DE
FÁCIL CONSECUCIÓN LOCAL.
ESPACIO LIMITADO DE INSTALACIÓN.
29
INTERFAZ GRAFICA AMIGABLE.
ALTA PRECISIÓN Y RAPIDEZ EN LA
TRANSFERENCIA DE DATOS.
RAPIDA INSTALACIÓN..
FACILIDAD DE MANTENIMIENTO Y
REPARACIÓN.
DIFERENTES TIPOS DE PAPEL (GRAMAJE).
COMPATIBILIDAD ENTRE PROTOCOLOS DE
COMUNICACIÓN.
AMBIENTE DE OPERACIÓN.
PARTES INVOLUCRADAS PERSONAL DE PLANTA.
PERSONAL DE DISEÑO.
DEPARTAMENTO ADMINISTRATIVO.
DEPARTAMENTO LEGAL.
CLIENTES.
30
6.3 IDENTIFICACION DE LAS NECESIDADES DEL CLIENTE Determinar la misión es clave ya que indica el enfoque de desarrollo del producto, cuales son sus clientes o su mercado futuro. Es un enunciado breve y claro de las razones que justifican la existencia del dispositivo, su base principal y los métodos fundamentales a través de los cuales se pretende cumplir un propósito. Para la ejecución de este procedimiento se debe tener claramente señalada la misión del dispositivo y llevar a cabo la obtención de datos primarios, para lo cual se efectúan entrevistas personales con el director de producción de la empresa, permitiendo la identificación de las necesidades de la misma. La obtención de dicha información se recolecta para hacer un correcto uso de esta en el proceso de desarrollo del diseño del modelo; pero la información requiere de una optima organización ya que ella es quien permite percibir las necesidades mas relevantes para la empresa. • Los datos de tiempos muertos y cantidades producidas solo se obtienen de forma manual al final de un turno o una orden de producción. • El ingreso de estos datos al sistema para tener los resultados de los cálculos de las eficiencias es tiempo-persona que se puede invertir en otras actividades del área. • Es imposible tomar correctivos mientras transcurre un turno o una orden de producción, debido a que no se tiene la información de eficiencias de maquina y/u operario. • Impedir en cierta forma la manipulación de la información de improductivos de maquinas por parte de los operarios. • No hay forma de saber a que velocidad esta funcionando la maquina remotamente. • En una eventual falla de energía no se genere descontrol de calibración de los componentes, ni desconfiguración del sistema. • En caso de que se presente una avería o falla en el dispositivo no se afecte el funcionamiento de la maquina. • Actualmente la cantidad de papel desperdiciado se halla recolectando y pesando el papel inutilizado. • Que las partes que compongan el dispositivo sean de marcas reconocidas, que brinden un buen respaldo en Colombia. • Dispositivo fácil de instalar, pues no es conveniente para la empresa el paro prolongado de las maquinas. • Que se detecte cuando la maquina deje de funcionar y se tenga que justificar este paro con un código de improductivo. • Se quiere poder obtener informes históricos del comportamiento de eficiencias, tiempos muertos y desperdicios.
31
• Todos los datos de cantidades producidas, horas improductivas y cantidad de desperdicio deben tomarse constantemente para mantener actualizada la información sobre las eficiencias (tiempo real). • El dispositivo debe ser de fácil comprensión y utilización por parte de personal sin experiencia en este tipo de tecnología. • Debe poder reconocer varios tipos de papel. • Fácil reparación y mantenimiento. • El dispositivo debe soportar 24 horas y 7 días a la semana de trabajo continuo. • Debe tener óptimo tiempo de respuesta en todas sus aplicaciones. • Se necesita que el dispositivo tenga un buen desempeño bajo las condiciones ambientales de la planta. • Sería bueno que el operario tenga acceso a la información de lo eficiente que ha sido su desempeño en el transcurso del turno. • Se busca que si es necesario en futuro acoplar nuevos elementos al dispositivo no hayan inconvenientes. • Tiene que tener la posibilidad de guardar los códigos de improductivos, de operarios, de supervisores, de producto terminado, de turno, de maquina, etc. • Los datos que maneje el dispositivo sean de fácil empalme con la base de datos de la empresa. • El dispositivo que inicialmente será diseñado para 3 maquinas, tenga la opción de ser implementado en toda la planta. 6.3.1 Interpretación de las necesidades: Una vez identificadas las necesidades del cliente se procede a eliminar planteamientos redundantes y a revisar cada una de las necesidades planteadas para efectuar la correspondiente edición. Editadas estas necesidades se plasman en un cuadro en el cual se valora la importancia de cada una en una escala predeterminada; para este caso en particular, se tomo como medida de valoración la escala de 1 a 5 (siendo 1 la más baja y 5 la más alta), de acuerdo a su importancia:
Tabla 3. Planteamiento de las necesidades del cliente.
# NECESIDAD IMP 1 El
dispositivo Calculo automático y repetitivo de las de eficiencias
5
2 El dispositivo
Exigir justificación por improductivo 5
3 El dispositivo
Alarma de paro de maquina 1
4 El dispositivo
Velocidad de funcionamiento 4
5 El dispositivo
Calibración automática 4
32
6 El dispositivo
Configuración automática 4
7 El dispositivo
No afectar el funcionamiento de la maquina 4
8 El dispositivo
Utilizar varios formatos de papel 1
9 El dispositivo
Calculo de cant. de desperdicio repetitivo y automático
5
10 El dispositivo
Fácil instalación 4
11 El dispositivo
Refacciones de fácil consecución nacional 3
12 El dispositivo
Entregar información a dispositivos de almacenamiento
4
13 El dispositivo
Interfaz amigable 3
14 El dispositivo
Adaptabilidad con equipos externos 4
15 El dispositivo
Trabajar diferentes tipos de papel 2
16 El dispositivo
Fácil reparación y mantenimiento 4
17 El dispositivo
Resistente al entorno de trabajo 4
18 El dispositivo
Dispositivo robusto y fiable 3
19 El dispositivo
Acceder a información de eficiencias desde la maquina
3
20 El dispositivo
Compatibilidad de protocolos de comunicación 4
21 El dispositivo
Rápido tiempo de respuesta 5
22 El dispositivo
Actualizable 2
Dicha calificación de las necesidades se realizó conjuntamente entre la empresa y los diseñadores. La interpretación de las necesidades del cliente de la tabla anterior se puede catalogar como futuras características del dispositivo.
33
6.4 IDENTIFICACION DE LAS MEDIDAS Y UNIDADES DEL PRODUCTO Establecidas las necesidades del cliente, se asigna una unidad o medida a cada una de ellas. Es claro que algunas medidas pueden abarcar más de una necesidad y por ello la importancia de la organización de las mismas en grupos funcionales. 6.4.1 Guía para el establecimiento de las medidas: Como primera medida se debe tener en cuenta que la asignación de medidas debe ser completa, es decir que se debe asegurar que las medidas y unidades asignadas satisfagan cada una de las necesidades del cliente; esto no quiere decir que se requiera de una variable por cada necesidad. Las variables deben ser dependientes y no dependientes pues ellas deben indicar la manera en la cual se pretende solucionar un problema y no como. Algunas necesidades no son fáciles de traducir a una unidad de medida, estos casos especiales se establecen de igual manera que las demás pero con unidades subjetivas (“Subj.”), es decir que se asignan valores tipo atributo, según las consideraciones del grupo de diseño. Las medidas establecidas deben incluir un criterio de comparación popular en el mercado; esto hace referencia a que todas las unidades establecidas para cada una de las medidas, deben pertenecer a un mismo sistema como por ejemplo el sistema métrico o el sistema ingles. Finalmente se asigna un valor de importancia a cada una de las medidas establecidas. 6.4.2 Unidades y medidas del dispositivo: Es importante destacar que para la asignación del nivel de importancia de las medidas y unidades, se tomó como escala de valoración la puntuación utilizada en el proceso de identificación de las necesidades del cliente (1 a 5). Siguiendo en detalle cada una de las recomendaciones sugeridas en el ítem anterior se obtiene la siguiente tabla de medidas y unidades:
Tabla 4. Medidas y Unidades
# METRICAS IMPORTANCIA UNIDADES 1 Dimensiones 2 mm 2 Alimentación de papel 1 mts 3 Contador de producto
terminado 5 Entero
4 Compatible con equipos externos
4 Lista
5 Temp. de operación 3 º C 6 Costo 3 Pesos 7 Plazo de entrega 4 Días 8 Velocidad de operación 2 Tiros/h 9 Transferencia de datos 5 bits/s
34
10 Flexibilidad 4 Subj. 11 Peso 2 Kg 12 Vida útil 5 Años 13 Eficiencia 4 % 14 Interfaz operario 4 Subj. 15 Humedad relativa 3 % 16 Cantidad de piezas 2 Entero 17 Gramaje papel 4 Gr/m2 18 Programación 4 Binario
6.5 ESTABLECIMIENTO DE ESPECIFICACIONES PRELIMINARES Ahora que se han establecido las medidas y unidades del dispositivo, se requiere identificar la relación que tiene cada una de estas medidas con las diversas necesidades del cliente; esta relación se plasma en un documento que indica el número de la unidad, su importancia, la(s) necesidad(es) con la cual se relaciona y por ultimo las unidades, tal como se indica a continuación:
Tabla 5. Relación de medidas y necesidades.
# NECESIDADES METRICAS IMP UNDS
1 8,10,15 Dimensiones 2 mm 2 8,9,15 Alimentación de papel 1 mts 3 1,9,12,19,21 Contador de producto
terminado 5 Ente
ro 4 5,6,10,11,14,20,22 Compatible con equipos
externos 4 List
a 5 7,17,18,21
Temp. de operación 3 º C
6 4,5,6,7,11,13,16,17,21,22
Costo 3 Pesos
7 7,10,11,16 Plazo de entrega 4 Días 8 1,3,4,9,21 Velocidad de operación 2 m/s 9 1,2,3,6,9,12,13,19,20,21 Transferencia de datos 5 Tiro
s/h 10 4,5,6,8,14,15,20 Flexibilidad 4 Subj
. 11 9,10 Peso 2 Kg 12 7,11,16,17,18,22 Vida útil 5 Año
s 13 1,2,4,7,9,12,15,21 Eficiencia 4 %
35
14 2,3,13,19 Interfaz operario 4 Subj.
15 5,7,16,17,18 Humedad relativa 3 % 16 5,6,10,16 Cantidad de piezas 2 Ente
ro 17 9,12,15 Gramaje papel 4 Gr/
m2 18 1,6,9,12,13 Programación 4 Bina
rio
36
6.5.1 Matriz de Correlación: Este paso es quizá uno de los más importantes en el camino hacia la obtención de las especificaciones preliminares del producto; es por medio de la matriz de correlación que se realizan los cálculos necesarios para determinar cuales de las necesidades del cliente so n las mas relevantes. Debido a lo tedioso del proceso, se realizan los cálculos apoyados en cualquier software diseñado para tal fin como los son Excel ó QFD Capture; en este caso se realizó el procedimiento utilizando QFD Capture por su practicidad. Al observar el Anexo A y la siguiente tabla se observará cuales son las métricas mas importantes para nuestro modelo a proponer:
Tabla 6. Matriz de Correlación. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Dim
ensi
ones
Alim
enta
ción
de
pape
l
Con
tado
r de
pro
duct
o te
rmin
ado
Com
patib
le c
on e
quip
os e
xter
nos
Tem
pera
tura
de
oper
ació
n
Cos
to
Pla
zo d
e en
treg
a
Vel
ocid
ad d
e op
erac
ión
Tra
nsfe
renc
ia d
e da
tos
Fle
xibi
lidad
Pes
o
Vid
a út
il
Efic
ienc
ia
Inte
rfaz
ope
rario
Hum
edad
rel
ativ
a
Can
tidad
de
piez
as
Gra
maj
e pa
pel
Pro
gram
ació
n
# NECESIDADES IMP 1 Calculo de
eficiencias 5 5 4 5 5 3
2 Justificación improductivos
5 3 4 3 3 Alarma de paro 1 2 2 4 4 Velocidad de
funcionamiento 4 4 5 2 3
5 Calibración automática
4 4 3 4 4 4
37
6 Configuración automática
4 4 3 4 4 4 4 7 No afectar func.
de la maquina 4 4 5 3 3 5 4
8 Utiliza varios formatos de
papel
1 2 2 3
9 Calculo cant. Desperdicio
5 5 5 1 5 4 4 4 3 10 Fácil instalación 4 4 3 4 2 5 11 Refacciones de
fácil consecución
nacional
3 1 3 4 3
12 Guardar Información
4 2 4 4 2 4 13 Interfaz
amigable 3 4 3 5 3
14 Adaptabilidad con equipos
externos
4 5 4
15 Reconocer gramaje papel
2 4 4 5 3 5 16 Fácil reparación
y mantenimiento
4 2 1 2 2 3
17 Resistente al entorno de
trabajo
4 5 3 4 5
18 Dispositivo robusto y fiable
3 4 5 4 19 Acceso a info.
De eficiencias desde maquina
3 2 4 4
20 Compatibilidad de protocolos
de comunicación
4 4 5 3
21 Optimo tiempo de respuesta
5 4 2 4 4 5 4 22 Actualizable 2 4 3 4
38
Total 1293 24 35 84 91 58 127 44 67 165 81 28 68 139 46 72 64 38 71
% 1.8 2.7 6.5 7 4.5 9.8 3.4 5.2 12.8 6.3 2.2 5.3 10.8 3.6 5.6 4.9 2.9 5.5
Luego de realizar el procedimiento anteriormente mencionado encontramos que las 3 métricas que más debemos tener en cuenta en nuestro modelo a proponer son:
• Transferencia de datos (12.8%). • Eficiencia (10.8%). • Costo (9.8%).
39
6.5.2 Especificaciones preliminares: Con lo expresado en la siguiente tabla nos haremos una idea de las especificaciones que debería tener el dispositivo para cumplir con lo requerido por la empresa.
Tabla 7. Especificaciones preliminares.
#
METRICAS
UN
IDA
DE
S
VA
LOR
1 Dimensiones mm No muy grande 2 Alimentación de papel mts Automática 3 Contador producto terminado Entero Automática 4 Compatible con equipos externos Lista Si 5 Temperatura de operación º C 15< º C <50 6 Costo Pesos - 7 Plazo de entrega Días <60 8 Velocidad de operación Tiros/h Rápida 9 Transferencia de datos bits/s Tiempo real 10 Flexibilidad Subj. Alta 11 Peso Kg - 12 Vida útil Años - 13 Eficiencia % Neta y Bruta 14 Interfaz operario Subj. Muy buena 15 Humedad relativa % 40<%<96 16 Cantidad de piezas Entero <10
17 Gramaje papel Gr/m2 75 o 90 18 Programación Binario -
40
7. DESARROLLO CONCEPTUAL
7.1 GENERACION DE CONCEPTOS 7.1.1 Descomposición Funcional. Esta manera de clarificar el problema nos permite conocer en detalle las funciones y subfunciones mas relevantes del sistema en desarrollo, para ello se representa el problema como una caja negra (Figura 1), operando sobre energía, sensores y mandos. Dicha caja se subdivide en subfunciones que describen más específicamente que tiene que hacer cada elemento del producto para implementar la función principal y de esta manera enfocarse en los subproblemas más críticos.
� Caja Negra
Figura 1. Caja Negra
ENTRADAS SALIDAS ENERGIA SENSORES INFORMACION MANDOS Descomposición Funcional General es una descomposición más detallada que nos permitirá identificar el camino más crítico en el desarrollo del diseño.
MODULO DE CONTROL
41
Figura 2. Descomposición Funcional del modelo
Ya realizada la descomposición de los sistemas del dispositivo, el grupo de diseño visualiza como ruta critica del proceso de diseño las funciones de captura y almacenamiento de los datos de las variables que se necesitan para hallar las productividades (relleno rojo). 7.1.2 Resultados de la búsqueda externa de conceptos: Se realizó la búsqueda externa e interna para plantear posibles soluciones a los subproblemas detectados en los pasos anteriores; acudiendo a fuentes de información como paginas especializadas en Internet, libros, visitas a empresas de automatización industrial, entrevistas con el personal de mantenimiento y de producción de la empresa, docentes, conocimientos propios del grupo de diseño y manuales de desarrollo de dispositivos que pueden llegar a tener características similares a lo que requerimos. Para cada una de las subfunciones descritas en la descomposición funcional del modelo a proponer, se realiza la búsqueda externa, la cual arroja los siguientes resultados: Aceptar energía externa � Energía eléctrica de la red industrial � Baterías � Celdas solares
42
� Red de gas Sensar cantidad de papel � Sensores Ópticos Encoder incremental Encoder absoluto � Sensor láser � Tacogenerador � Lvtd´s Sensar velocidad - paro de maquina � Sensores Ópticos Encoder incremental Encoder absoluto � Tacogenerador Sensar producto terminado � Sensor láser � Sensor ultrasónico � Sensor infrarrojo � Sensor capacitivo � Sensor inductivo � Sensor de contacto Control � Controlador lógico programable (PLC) � Circuitos analógicos � Microcontrolador � PC � Relé programable HMI (Interfaz Maquina - Operario) � PC Visual Basic 6.0 Matlab 6.5 Protool (Siemens) Forte for Java 4.1 � Pantalla touch screen � Indicadores visuales � Tabla de mando con pantalla de cristal liquido
43
7.1.3 Árboles de clasificación: Permiten descartar las soluciones menos promisorias hacia la solución de las subfunciones mas criticas del dispositivo; de igual modo gracias a ellos se pueden identificar aproximaciones al problema, se evidencia una falta de atención sobre una determinada rama, permitiendo de esta manera refinar la descomposición funcional si es necesario. Para las principales subfunciones determinadas en la descomposición funcional del modelo a proponer, se realizaron los siguientes árboles de clasificación:
Figura 3. Árbol de clasificación sensar cantidad de papel.
44
Figura 4. Árbol de clasificación sensar velocidad-paro de maquina.
Figura 5. Árbol de clasificación sensar producto terminado.
45
Figura 6. Árbol de clasificación acción de control.
Figura 7. Árbol de clasificación interfaz grafica HMI.
46
7.1.4 Refinamiento de la descomposición funcional: Presentada la información de la búsqueda externa e interna a la empresa y en reunión con el asesor designado por la misma para su evaluación se decidió la implementación en el desarrollo del diseño de: 1. Un lector de código de barras (sensor láser) para captar la cantidad de producto terminado. 2. Que el acceso a la información por parte del personal de producción sea a través de un PC. 3. Prescindir de algunos elementos para la generación de conceptos debido a su elevado costo, poca aplicabilidad en la industria, complejidad o simplicidad del mismo para la aplicación, etc. Los elementos que se descartan son: Aceptar energía externa � Baterías � Celdas solares � Red de gas Sensor cantidad de papel � Lvtd´s Sensor producto terminado � Ultrasónicos � Infrarrojos � Capacitivos � Inductivos � De contacto Controladores � Circuitos analógicos � Relé programable HMI � Indicadores visuales
7.1.5 Matriz de combinación de conceptos: Una vez descartadas las soluciones menos promisorias, hacia las solución de las principales subfunciones del modelo; se requiere plasmar los resultados obtenidos en una tabla que permita identificar las posibles combinaciones de soluciones para las subfunciones y obtener una solución completa para el problema.
47
Tabla 8. Matriz de combinación de conceptos.
De este cuadro podemos determinar un número total de 1x4x3x1x3x3 = 108 posibles combinaciones, pero teniendo en cuenta las restricciones y la lógica que debe cumplir el prototipo, se decidió que las siguientes combinaciones son las que mas se adaptan a las necesidades del cliente: Concepto A Energía: Electricidad tomada de la red Industrial Sensor cantidad de papel: Encoder incremental Sensor velocidad- paro de maquina: Encoder incremental Sensor producto terminado: Lector código de barras Control: Microcontrolador HMI: PC Concepto B Energía: Electricidad tomada de la red Industrial Sensor cantidad de papel: Encoder incremental Sensor velocidad- paro de maquina: Encoder incremental Sensor producto terminado: Lector código de barras Control: PC HMI: Pantalla Touch Screen
48
Concepto C Energía: Electricidad tomada de la red Industrial Sensor cantidad de papel: Encoder incremental Sensor velocidad- paro de maquina: Encoder incremental Sensor producto terminado: Lector código de barras Control: PLC HMI: Pantalla Touch Screen Concepto D Energía: Electricidad tomada de la red Industrial Sensor cantidad de papel: Tacogenerador Sensor velocidad- paro de maquina: Tacogenerador Sensor producto terminado: Lector código de barras Control: Microcontrolador HMI: LCD Concepto E Energía: Electricidad tomada de la red Industrial Sensor cantidad de papel: Tacogenerador Sensor velocidad- paro de maquina: Tacogenerador Sensor producto terminado: Lector código de barras Control: PC HMI: Pantalla Touch Screen Concepto F Energía: Electricidad tomada de la red Industrial Sensor cantidad de papel: Encoder incremental Sensor velocidad- paro de maquina: Encoder incremental Sensor producto terminado: Lector código de barras Control: Microcontrolador HMI: LCD Concepto G Energía: Electricidad tomada de la red Industrial Sensor cantidad de papel: Encoder incremental Sensor velocidad- paro de maquina: Encoder incremental Sensor producto terminado: Lector código de barras Control: PLC HMI: LCD A continuación se mostraran gráficamente los conceptos antes seleccionados. (Ver de figura 8 a figura 14).
49
Figura 8. Concepto A.
50
Figura 9. Concepto B.
51
Figura 10. Concepto C.
52
Figura 11. Concepto D.
53
Figura 12. Concepto E.
54
Figura 13. Concepto F.
55
Figura 14. Concepto G.
56
7.2 SELECCIÓN DE CONCEPTOS En esta etapa de diseño cada concepto por separado es sometido a valoración aplicando en ellos el criterio de viabilidad, basado en el criterio de ingeniería; se analiza la disponibilidad de tecnología, la cual es fundamentada en el mercado tecnológico local y finalmente se realiza un examen pasa / no pasa basado en las necesidades del cliente. 7.2.1 Matriz para el tamizaje de conceptos. En la siguiente matriz procederemos a la evaluación de cada uno de los conceptos generados teniendo como criterio de referencia todo lo expresado por el personal de la empresa y el grupo de diseño; debido a la ausencia en el mercado de un producto de similares características. Para calificar el concepto se evalúa (0,+,-) para el tamizaje y (1-5) para la evaluación, comparando el concepto con los valores de referencia, se suman las evaluaciones ponderadas, se eliminan las características malas y por ultimo se seleccionan los conceptos que seguirán a la etapa de evaluación. Los criterios para evaluar los conceptos tienen las siguientes asignaciones: Tamizaje: + : mejor que….. 0 : igual a….. - : peor que…. Evaluación: 1: Mucho peor que….. 2: Peor que…… 3: Igual a…. 4: Mejor que…. 5: Mucho mejor que….
57
Tabla 9. Matriz de tamizaje de conceptos.
VARIANTES DE CONCEPTO
CRITERIOS DE SELECCIÓN A B C D E F G REF
Interfaz Gráfica + + + - + - - Flexibilidad de Adaptación 0 + 0 0 + 0 0
Facilidad de consecución 0 0 - 0 - 0 0
Dimensiones - + 0 0 + 0 0
Programación 0 0 - - 0 0 -
Instalación - 0 0 0 0 0 0
Costo 0 - - 0 - + -
Positivos 1 3 1 0 3 1 0
Iguales 4 3 3 5 2 5 4
Negativos 2 1 3 2 2 1 3
Total -1 2 -2 -2 1 0 -3
Orden 4 1 5 6 2 3 7
¿Continuar? No Si No No Si No No
Después de pasar los conceptos por la matriz de tamizaje se puede apreciar que los conceptos que cumplen mejor con los criterios son B y E, y los que menos lo hacen son A, C, D, F, G; por lo tanto los conceptos B y E son los conceptos que continúan al siguiente nivel de evaluación. 7.2.2 Matriz de evaluación de conceptos. Esta matriz permite dar una ponderación tanto cualitativa como cuantitativa de los conceptos que llegaron hasta esta etapa de evaluación; por medio de ella se puede detallar cual es el mejor de ellos para desarrollar:
58
Tabla 10. Matriz de evaluación de conceptos.
Los valores de ponderación fueron tomados de acuerdo a la importancia de las necesidades del cliente y al criterio de los diseñadores. Después de darle un porcentaje de importancia a los criterios de selección, se evaluó el desempeño de cada uno de los conceptos en cada criterio y se llego a la conclusión de desarrollar el concepto B:
Energía: Electricidad tomada de la red Industrial Sensor cantidad de papel: Encoder incremental Sensor velocidad- paro de maquina: Encoder incremental Sensor producto terminado: Lector código de barras Control: PC HMI: Pantalla Touch Screen
59
7.3 PRUEBA DE CONCEPTOS Esta prueba permite conocer el mercado que se pretende abordar, así como las sugerencias de los demandantes del producto, para ello se define el propósito de la prueba, población a encuestar y la forma en que se realizara la encuesta. La definición del propósito de la prueba se realiza con el ánimo de confirmar una selección de concepto realizada y solicitar ideas para mejoras. 7.3.1 Descripción verbal del concepto. Es un dispositivo de inmensa ayuda para el control del proceso productivo de la empresa y tendrá las siguientes funciones: � Por medio de un controlador lógico programable (PLC) toma la información leída por el sensor (encoder incremental) sobre el estado de la maquina (velocidad de funcionamiento, si estuvo parada y cuanto tiempo) y la cantidad de papel (metros lineales) que han ingresado a la misma. Esta información luego es enviada a la base de datos de datos de la empresa. � El operario contara en la maquina con una pantalla Touch Screen donde se desplegaran menús de opciones donde él digitara y podrá enviar a través del PLC a la base de datos los códigos de turnos, operario, supervisor, supervisor de calidad, justificar los tiempos muertos de la maquina, etc. Además esta pantalla servirá para que el operario pueda visualizar su desempeño durante el turno. � Se sabrá la cantidad de producto terminado gracias a la instalación de un lector de código de barras que enviará esta información a la base de datos para poder determinar el código del producto y saber las características del mismo. � Con toda esta información en la unidad de control (PC) se procederá a hacer los cálculos de total horas productivas, % eficiencia neta, % eficiencia bruta, % horas improductivas y cantidad de papel desperdiciado en el proceso. � Estos procedimientos estarán realizándose constantemente con el objetivo de mantener actualizados los resultados.
60
7.4 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO Este dispositivo esta basado en una arquitectura modular.
A medida que se fueron definiendo las interacciones, su arquitectura automáticamente se fue mostrando; las interacciones entre conjuntos están bien definidas y los elementos físicos realizan funciones específicas. Para la selección de la arquitectura se tuvo en cuenta el futuro del producto, se hizo una visión de lo deseado, la evolución, los medios para satisfacer las oportunidades e ir a la par de la evolución tecnológica, con la facilidad de hacer cambios que no generen altos costos de implementación. Por ser un dispositivo ensamblado con elementos existentes en el mercado, la posibilidad de poseer una arquitectura modular es alta. El producto debe ser flexible:
Basándose en la idea de hacer actualizaciones al producto generadas por diferentes necesidades en la empresa, se buscara satisfacer lo que se quiere por medio de adaptaciones y adiciones que nos lo permitan.
61
7.4.1 Interacción entre conjuntos y componentes Figura 15. Interacciones entre conjuntos y componentes.
7.4.2 Descripción de elementos PC de producción: Será el elemento desde el cual se procesaran todos los datos de las variables enviadas por el PLC y el lector de código de barras; servirá para que el personal de producción de la empresa tenga acceso a todos los resultados de eficiencias, cantidad de desperdicio, estado de la maquina, operario de turno, orden de producción, etc. También enviara información de los diferentes códigos que se manejan y resto de información que se requiera que los operarios tengan presente hacia el PLC. Además de procesar, en este PC se encontrara la base de datos. Controlador Lógico Programable (PLC): Por aquí transitará toda la información captada por el sensor óptico (encoder incremental), la información que se requiere el operario proporcione y lo que se necesita enviar del PC de producción a la interfaz gráfica con el operario. Proporcionara fecha, lapsos de tiempos de los improductivos y reconocerá de que maquina proviene la información que este recibiendo.
62
Base de datos: Tendrá la función de almacenar toda la información concerniente a los turnos como lo son: � Código Operario � Código Supervisor de calidad � Código Maquina � Código Supervisor � Códigos Improductivos � Código Producto terminado � Código de turno Se guardarán los resultados de las eficiencias netas, eficiencias brutas, cantidad de desperdicio, cantidades producidas, etc. Lector código de barras: Se encargará de sensar la cantidad de producto terminado producido en la maquina; enviando esta información al PC de producción Puerto USB: Es el tipo de conexión que se utilizará para el envió de información desde los lectores de códigos de .barras hasta el PC de producción. Sensor: En este caso un sensor óptico (encoder incremental) será el encargado de enviar información acerca de la cantidad de papel que se le ha suministrado a la maquina (metros lineales), además debe notificar el estado en que se encuentra (parada o trabajando) y la velocidad a la que esta trabajando la misma. Fuente de poder: Es la entrada de energía al dispositivo; de 110v para lo que se necesite o 5 y 12v para la parte electrónica. Pantalla touch screen: Interfaz operario-maquina y maquina-operario. Se desplegaran menús de opciones donde el operario podrá digitar la información requerida y tendrá acceso a la información de lo eficiente que ha sido su trabajo durante el turno. Acondicionadores de señal: Sirven para acoplar los diferentes protocolas de comunicación que se puedan presentar con los aceptados por el PC de producción. 7.4.3 Esquema de grupos de elementos a conjuntos. (Ver figura 16). Al ser un dispositivo de diseño modular es posible hacer una división en los diferentes grupos funcionales, en este caso son el sistema mecánico, el almacenamiento de papel, la HMI, el recolector de datos y la alimentación.
63
Figura 16. Grupos de elementos a conjuntos.
Para la agrupación de elementos en grupos se tuvo en cuenta: • Que los elementos de cada grupo comparten funciones. • También que tienen similitudes en su diseño y en la tecnología de producción. • Posibilitan la fácil estandarización. • Deben de tener una buena integración geométrica para su acople prefecto. • Para hacer cambios es mucho más fácil por grupos. • Se puede adaptar fácilmente a las variaciones del producto.
64
7.4.4 Distribución Geométrica del Producto (LAYOUT ). Pese a no ser un punto crítico en el diseño la distribución de los componentes, debido a que estos se encuentran dispersos; la agrupación de conjuntos se hizo pensando en la ubicación geométrica teniendo en cuenta como interactúan para realizar funciones entre ellos. Además se diseña pensando en realizar futuras actualizaciones o mejoras. La mayor parte de los componentes usados en el proyecto se consiguen fácilmente en el mercado nacional. En este diseño se enfatiza en la facilidad de comunicación entre sus componentes y la adaptabilidad de nuevos. La programación actual nos asegura la información de manera constante sobre las eficiencias y cantidad de desperdicio en el proceso productivo. La flexibilidad de este diseño nos permitirá la modificación del software y hardware, la reprogramación del PLC y agregar nuevas funciones según las nuevas necesidades de la empresa.
7.4.5 Interacciones Fundamentales . Estas interacciones deben de ser bien definidas para el correcto funcionamiento del sistema. (Ver figura 17). Figura 17. Interacciones Fundamentales
65
7.4.6 Interacciones Incidentales. Estas interacciones se derivan de la distribución geométrica de los conjuntos, así se ven en la tabla a continuación donde están enunciados los posibles incidentes entre conjuntos. (Ver figura 18). Figura 18. Interacciones Incidentales
7.5 DISEÑO INDUSTRIAL 7.5.1 Valoración del Diseño Industrial. Por ser un dispositivo de continua interacción con el ser humano, este es un aspecto muy importante a tener en cuenta, por ello se da una importancia de cómo se quiere que el dispositivo responda a cada ítem siguiente:
66
Ergonomía
Estética
Al analizar el diagrama de valoración del diseño industrial se puede concluir que el dispositivo tiene una alta facilidad de uso, debido a su clara orientación para desarrollar actividades y novedades no muy separadas de la concepción del usuario, por tal razón lo hacen un producto de uso intuitivo, que hace uso de innovaciones tecnológicas con el fin de garantizar un mejor rendimiento.
67
7.5.2 Naturaleza del Producto
Es un dispositivo orientado a cumplir con las necesidades de la empresa, que se debe distinguir por su autonomía, rapidez y precisión en todos los procesos para los cuales fue diseñado. Sin dejar de lado que parte de la información requerida para los procesos es digitada por el operario y debido a ello se inclina un poco hacia el usuario.
7.5.3 Valoración del DI en nuestro Modelo propuesto
7.5 DISEÑO PARA MANUFACTURA En este punto haremos referencia de algunos componentes que requieren un proceso de manufactura local • Acople de sensor a maquina: Estos acoples serán fabricados en acero 1020 mediante un proceso de torneado y fresado según las necesidades. Se
68
encargaran de conectar los sensores a la maquina y la mesa transportadora de producto terminado. • Mesa transportadora de producto terminado: Estructura de 100 cm de altura, 60 cm de ancho y 200 cm de longitud fabricada en acero 1020, con rodillos de 5 cm de diámetro en la parte superior (fabricados también en acero 1020) para facilitar el deslizamiento del producto terminado a través del lector del código de barras. El proceso de producción del dispositivo es el armado y ensamblaje de los distintos componentes; los cuales serán adquiridos externamente y a criterio de la empresa, pero sin embargo se evaluarán los distintos proveedores para decidir cual será el mas apropiado o conveniente por precio y satisfacción de lo necesitado.
7.6 PRINCIPALES COMPONENTES DEL DISEÑO En el mercado colombiano encontramos diversidad de marcas fabricantes de componentes electrónicos requeridos para el desarrollo de este diseño; pero solo tendremos en cuenta dos de ellas, que son: Siemens y Allan Bradley. Hacemos énfasis en estas dos marcas debido a que están muy bien representadas en nuestra ciudad.
69
8. CONCLUSIONES
• EL desarrollo de este modelo como posible solución para el problema de recopilación de información en línea de las variables de producción de PRODISPEL S.A. puso a prueba los conocimientos recopilados durante la carrera de ingeniería de sus diseñadores, mostrando sus habilidades y oportunidades, así como sus debilidades.
• Se adquirieron nuevos conocimientos en la industria de las artes graficas, se logro percibir la importancia que tiene ésta en nuestro país. A la vez se reconoció el gran campo laboral que pueden tener los ingenieros mecatrónicos en dicha industria, ya que en ella se trabaja con maquinaria antigua y muchas veces sin ningún tipo de automatización. • Es positivo para la región que las empresas apoyen y den toda su confianza a estudiantes universitarios de últimos semestres para el desarrollo de nuevas tecnologías, ya que es una excelente experiencia para el estudiante y un buen negocio para las empresas que pueden verse beneficiadas con los nuevos productos. • Al momento de investigar sobre los elementos eléctricos y electrónicos necesarios para la posible implementación del modelo propuesto, se entendió que algunos elementos no son de fácil adquisición en el mercado nacional. • Los ingenieros mecatrónicos están en capacidad de desarrollar productos de última tecnología, diseñados a la necesidad estricta del consumidor, económicos y sobre todo con altos estándares de calidad y competitividad tanto frente a productos nacionales como extranjeros. • Después del desarrollo del modelo propuesto, las partes involucradas han manifestado su deseo de una posible implementación.
70
BIBLIOGRAFIA
Alimentadores [en línea]. España: MAR-TRADING, 2006. [Consultado el 9 mayo del 2005]. Disponible en Internet: http://mar-trading.com/watkiss/watkissBins.html EPPINGER, Steven; ULRICH, kart T. Product design and development. 2 ed. USA: McGraw- Hill, 1995. 576 p. Funcionamiento del sistema de alimentación de papel Accu-Feed [en línea]. España: Lexmark, 2004. [Consultado 11 septiembre del 2007]. Disponible en Internet :http://support.lexmark.com/cgi-perl/knowledgebase.cgi?ccs=68:11:0:94:0:0&framed=& NORTON, Robert L. Diseño de maquinas. México: Prentice Hall, 1999. 1035 p.
71
ANEXOS
Anexo A. Casa De Las Calidades
72
Anexo B. Características eléctricas de un sensor Si consideramos al sensor como un bloque indivisible desde el punto de vista eléctrico, véase figura, éste va a ser caracterizado por parámetros como su impedancia de entrada, impedancia de salida, consumo de corriente, tipo de señal eléctrica a su salida (tensión, intensidad, pulsos, continua, alterna, etc.).
Impedancia de entrada: En la descripción de los sensores se necesita no sólo las características estáticas y dinámicas. Para ilustrar esta afirmación considérense, por ejemplo, las situaciones siguientes:
• En el caso de un potenciómetro, para evitar que el cursor pierda el contacto con el elemento resistivo es necesario que ejerza una fuerza sobre éste. ¿Qué sucede entonces si se pretende medir el movimiento de un elemento que sea incapaz de vencer el rozamiento entre el cursor y la pista?
• Si para medir la temperatura que alcanza un transistor se emplea un termómetro con una masa importante respecto a la del transistor, al ponerlo en contacto con éste, ¿no lo enfriará dando, en consecuencia, una lectura inferior a la temperatura que tenía inicialmente el transistor?
La descripción de un sensor o sistema de medida mediante esquemas de bloques, deja al margen el hecho de que en todo proceso de medida es inevitable la extracción de una cierta cantidad de energía del sistema donde se mide. Cuando, debido a esta circunstancia, la variable medida queda alterada, se dice que hay un error por carga. Los esquemas de bloques sólo son válidos cuando no hay interacción energética entre bloques. El concepto de impedancia de entrada permite valorar si se producirá o no un error por carga.
73
En el proceso de medida de una variable cualquiera x1 siempre interviene además otra variable x2 tal que el producto x1 x2 tiene dimensiones de potencia. Así, al medir una fuerza siempre se tiene una velocidad, al medir un caudal hay una caída de presión, al medir una temperatura hay un flujo de calor, al medir una corriente eléctrica se produce una caída de tensión, etc.
Para tener impedancias de entrada altas, puede ser necesario cambiar el valor numérico de los componentes del sistema o cambiar el diseño y usar un elemento activo. En este caso, la mayor parte de la energía viene de una fuente externa y no necesariamente de del medio donde se mide. Otra alternativa es medir empleando el método de cero, pues en éste sólo se extrae energía de forma importante cuando hay un cambio en el valor de la entrada.
Finalmente, puede haber otras perturbaciones imputables no a la "carga" sino al propio método de medida. Por ejemplo, si al medir la velocidad de un fluido se obstruye apreciablemente la sección del conducto, se obtendrá un resultado erróneo. Queda, pues, bien claro que no se puede aplicar un sensor directamente sin considerar el efecto de su presencia en el sistema del que se quiere obtener información.
74
Anexo C. Dimensiones De Diferentes PLC
75
DIMENSIONES • Twido
• Modicon TSX Micro
76
• Frente con minirack de extensión TSX RKZ 02
• Modicon TSX Momentum
77
• Modicon TSX Premium
• Modicon TSX Quantium
78
Terminales de diálogo XBT Magelis
79
80
Anexo D. Especificaciones Plc Micrologix 1500
Descripción general del hardware: El MicroLogix 1500 es una plataforma de control lógico programable que cuenta con un innovador diseño de dos piezas y medidas pequeñas. El procesador y la base (figura 1) se deslizan juntos para formar el controlador completo. Estos se reemplazan independientemente, lo cual permite maximizar las opciones de E/S incorporadas y minimizar los costos.
El controlador está formado por los siguientes componentes: una fuente de alimentación, circuitos de entrada, circuitos de salida y un procesador, y está pensado para montarse sobre un carril DIN. En nuestro caso se dispone de:
• Unidad base modelo 1764-24BWA: 12 entradas a 24 VCC y 12 salidas de relé.
• Fuente de alimentación a 120/240 VCA .
• Procesador modelo 1764-LSP, con 7Kb de capacidad para programa de usuario.
Conexiones de comunicación: El puerto denominado en la documentación como Canal 0 corresponde al puerto RS-232 del autómata. Éste permitirá la conexión del autómata con el puerto serie del ordenador personal para poder programarlo de manera directa, o con dispositivos de interface de red (ENI en nuestro caso) para los que incorpora alimentación de 24 VCC.
Este puerto utiliza el protocolo de comunicación DF1 Full-duplex, muy útil cuando se requiere comunicación RS-232 punto a punto. Este protocolo acepta transmisiones simultáneas entre dos dispositivos en ambas direcciones. El protocolo DF1 controla el flujo de mensajes, detecta y señala errores y efectúa
81
reintentos si se detectan errores. Presenta por defecto las siguientes características:
Entradas y salidas
Esquema de bloques de terminales: El controlador utilizado contiene únicamente el bloque de entradas/salidas incorporadas, es decir, 12 entradas a 24 VCC y 12 salidas de relé. Debido a la tipología de las prácticas donde no se emplean dispositivos de entrada (pulsadores, sensores,...) sino que se simulan mediante software, las entradas no se usarán. Las salidas al ser de tipo relé deberán cablearse a un potencial de referencia, en nuestro caso se utilizará el potencial de +24 VCC proporcionado por la propia fuente de alimentación del autómata. En la siguiente figura se muestra el cableado de uno de estos potenciales que corresponde a la salida O, en rojo la alimentación y en negro el común.
82
Memoria de usuario: La memoria de usuario es la cantidad de almacenamiento disponible de un usuario para almacenar lógica de escalera, archivos de tabla de datos, configuración de E/S, etc., en el controlador. Contiene archivo de datos, de programa y de función (siguiente tabla).
En la memoria de nuestro controlador se encuentran los siguientes archivos:
Especificaciones del controlador: A continuación se exponen las especificaciones más importantes para la comprensión de los diferentes componentes que forman el controlador MicroLogix 1500:
83
84
Anexo E. Especificaciones De Pantallas Touch Screen
85
86
Anexo F. Especificaciones Técnicas Encoder Incremental
87
88
89
90
91
92
Anexo G. Diferentes Tipos De Lectores De Código De Barras
93
Anexo H. Definición, Características Y Aplicaciones De Los Códigos De Barras
Definición de código de barras: El código de barras es un arreglo en paralelo de barras y espacios que contiene información codificada en las barras y espacios del símbolo. Esta información puede ser leída por dispositivos ópticos, los cuales envían la información leída hacia una computadora como si la información se hubiera tecleado. Ventajas: Algunas de sus ventajas sobre otros procedimientos de colección de datos son:
• Se imprime a bajos costos. • Permite porcentajes muy bajos de error. • Los equipos de lectura e impresión de código de barras son flexibles y fáciles de conectar e instalar.
Beneficios: Es la mejor tecnología para implementar un sistema de colección de datos mediante identificación automática, y presenta muchos beneficios, entre otros.
• Virtualmente no hay retrasos desde que se lee la información hasta que puede ser usada. • Se mejora la exactitud de los datos. • Se tienen costos fijos de labor más bajos. • Se puede tener un mejor control de calidad, mejor servicio al cliente. • Se pueden contar con nuevas categorías de información. • Se mejora la competitividad.
Aplicaciones: Las aplicaciones del código de barras cubren prácticamente cualquier tipo de actividad humana, tanto en industria, comercio, instituciones educativas, instituciones médicas, gobierno, etc.: • Control de material en proceso. • Control de inventario. • Control de tiempo y asistencia. • Punto de venta. • Control de calidad. • Control de inventario. • Embarques y recibos. • Control de documentos. • Facturación. • Bibliotecas.
94
• Bancos de sangre. • Hospitales. • Control de acceso. • Control de tiempo y asistencia. Simbologías: Un símbolo de código de barras es la impresión física de un código de barras. Una Simbología es la forma en que se codifica la información en las barras y espacios del símbolo de código de barras. Existen diferentes simbologías para diferentes aplicaciones, cada una de ellas con diferentes características. Las principales características que definen una simbología de código de barras son las siguientes: • Numéricas o alfanuméricas. • De longitud fija o de longitud variable. • Discretas o continuas. • Número de anchos de elementos. • Autoverificación. Las simbologías más usadas son:
EAN/UPC:
Código 39: Industrial, alfanumérico, 44 caracteres.
95
Codabar: Bancos de sangre, bibliotecas, aplicaciones numéricas, aerolíneas, numérico.
Código 93: Complementa al código 39, alfanumérico, Industrial, alfanumérico, 128 caracteres ASCII.
Características de un código de barras: Densidad: Es la anchura del elemento (barra o espacio) más angosto dentro del símbolo de código de barras. Está dado en milésimas de pulgada. Un código de barras no se mide por su longitud física sino por su densidad. WNR: (Wide to Narrow Ratio), es la razón del grosor del elemento más angosto contra el más ancho. Usualmente es 1:3 o 1:2.
96
Quiet Zone: Es el área blanca al principio y al final de un símbolo de código de barras. Esta área es necesaria para una lectura conveniente del símbolo.
97
Anexo I. Especificaciones Técnicas De Lector De Código De Barras Psc Lm520
El LM520 es un lector compacto, decodificado de una sola línea para uso fijo o para su montaje en aplicaciones como bandas transportadoras, librerías, rastreo de documentos, analizadores de sangre y químicos, máquinas vendedoras, terminales POS, y otras aplicaciones de lectura ya sea atendidas o no atendidas. El LM520 es un sistema de lectura completo, listo para conectarse y leer. El LM520 presenta un modo rápido, fácil y económico de incorporar lecturas de código de barras a la aplicación en la que usted lo necesite. Lecturas consistentes y confiables son conseguidas por el LM520 gracias a su diseño óptico retroreflectivo, que utiliza un espejo de vibración electromagnética sin fricción para dirigir la luz láser a su objetivo. Este diseño es altamente confiable y consume menos energía que los modelos de la competencia. Midiendo sólo 1.35 x 2.0 x 2.53 pulgadas (3.4 x 5.1 x 6.4cm.) y pesando sólo 153g, el compacto LM520 cabe en casi cualquier aplicación y su carcasa de aluminio extruído para uso rudo lo protege de impactos mecánicos, y lo sella contra polvo y humedad.
98
Cuatro modos de activación de lectura separados pueden utilizarse para leer un código de barras: 1. Un switch externo, como una línea de salida de un Controlador Lógico Programable (PLC) 2. Comandos de software del host del sistema 3. El LM520 se puede configurar para leer continuamente 4. El LM520 además usa una técnica de detección de movimiento exclusiva de PSC llamada LaserSense para sólo leer cuando un objeto es deslizado enfrente del lector.
*La capacidad de lectura de cerca es limitada por el largo de los símbolos con códigos de menor densidad. Simbologías Decodificadas UPC/EAN/JAN: UPC-A / UPC-E EAN-8 / EAN-13 Códigos Industriales: Entrelazado 2 de 5 Código 39 Código 93
99
Codabar Código 128 ISBT 128 Comunicaciones Interface: RS232C Certificaciones* Seguridad Láser: CDRH Clase II (Precaución: Radiación Láser - no mire el haz láser por lapsos prolongados) IEC 60825 Clase 2 Emisiones : Compatible con: FCC-A, EN 55022-B, AS/NZS 3548, BCIQ CNS13438, VCCI-B Eléctricas : Compatible con: TÜV, GOST R, UL, Cul *NOTA: Este lector es considerado un componente y aprobaciones adicionales después de integrado pueden ser necesarias.
100
Anexo J. Comparación De Un Sistema Automatizado Por Reles Y PLC
Requerimientos de equipos para un sistema automatizado por relés
# DESCRIPCIÓN CANTIDAD COSTO US $ UNITARIO TOTAL
1 Contactor
100 60 6000
2 Rele térmico
47 70 3290
3 Rele auxiliar
52 25 1300
4 Temporizador (on delay)
47 80 3760
5 Contador electromecánico
3 40 120
6 Pulsadores NA/NC
36 15 540
7 Selector
10 20 200
8 Seccionador
16 40 640
9 Lámpara de señalización
24 18 432
10 Fusible y portafusible
140 25 3500
11 Transformador aislador
3 150 450
12 Tablero 2200 x 100 x 500 mm
3 800 2400
Total
22 632
Requerimientos de equipos para un sistema automatizado por plc
101
# DESCRIPCIÓN CANTIDAD COSTO US $ UNITARIO
TOTAL
1 PLC
1 3500 3500
2 Contactor
100 60 6000
3 Rele térmico
47 70 3290
4 Pulsador NA/NC
36 151 5436
5 Selector
10 20 200
6 Seccionador
16 40 640
7 Lámpara de señalización
24 18 432
8 Fusible y porta fusible
140 25 3500
9 Transformador aislador
1 150 150
10 Tablero 1000 x 500 x 200
1 150 150
Total
18 432
102
Anexo K. Protocolo Tcp / Ip
El Internet es una red de ordenadores conectados juntos a través de redes de comunicaciones. Esta red consiste en enlaces de fibra óptica, satélite, radio y las líneas telefónicas. El sistema tiene ordenadores de todos los tipos y funcionamiento todo el tipo de sistemas operativos. Todos utilizan el TCP/IP como lenguaje común.
¿Qué es TCP/IP?: Cuando se habla de TCP/IP, se relaciona automáticamente como el protocolo sobre el que funciona la red Internet. Esto, en cierta forma es cierto, ya que se le llama TCP/IP, a la familia de protocolos que nos permite estar conectados a la red Internet. Este nombre viene dado por los dos protocolos estrella de esta familia: • El Protocolo TCP , funciona en el nivel de transporte del modelo de referencia OSI, proporcionando un transporte fiable de datos. • El Protocolo IP , funciona en el nivel de red del modelo OSI, que nos permite encaminar nuestros datos hacia otras maquinas. Pero un protocolo de comunicaciones debe solucionar una serie de problemas relacionados con la comunicación entre ordenadores, además de los que proporciona los protocolos TCP e IP.
TCP/IP se basa en software utilizado en redes. Aunque el nombre TCP/IP implica que el ámbito total del producto es la combinación de dos protocolos: Protocolo de Control de Transmisión y Protocolo Internet. El término TCP/IP no es una entidad única que combina dos protocolos, sino un conjunto de programas de software más grande que proporciona servicios de red, como registro de entrada remota, transferencia de archivo remoto y correo electrónico, etc., siendo TCP/IP un método para transferir información de una máquina a otra. Además TCP/IP maneja los errores en la transmisión, administra el enrutamiento y entrega de los datos, así como controlar la transmisión real mediante el uso de señales de estado predeterminado.
Requisitos Del Protocolo TCP/IP:
Para poder solucionar los problemas que van ligados a la comunicación de ordenadores dentro de la red Internet, se tienen que tener en cuenta una serie de particularidades sobre las que ha sido diseñada TCP/IP:
• Los programas de aplicación no tienen conocimiento del hardware que se utilizara para realizar la comunicación (módem, tarjeta de red...).
103
• La comunicación no esta orientada a la conexión de dos maquinas, eso quiere decir que cada paquete de información es independiente, y puede viajar por caminos diferentes entre dos máquinas. • La interfaz de usuario debe ser independiente del sistema, así los programas no necesitan saber sobre que tipo de red trabajan. • El uso de la red no impone ninguna topología en especial (distribución de los distintos ordenadores).
De esta forma, podremos decir, que dos redes están interconectadas, si hay una maquina común que pase información de una red a otra. Además, también podremos decir que una red Internet virtual realizara conexiones entre redes, que ha cambio de pertenecer a la gran red, colaboraran en él trafico de información procedente de una red cualquiera, que necesite de ella para acceder a una red remota. Todo esto independiente de las maquinas que implementen estas funciones, y de los sistemas operativos que estas utilicen.
El protocolo TCP/IP (Transmition Control Protocol/Internet Protocol) hace posible enlazar cualquier tipo de computadoras, sin importar el sistema operativo que usen o el fabricante. Este protocolo fue desarrollado originalmente por el ARPA (Advanced Research Projects Agency) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Actualmente, es posible tener una red mundial llamada Internet usando este protocolo. Este sistema de IP permite a las redes enviar correo electrónico (e-mail), transferencia de archivos (FTP) y tener una interacción con otras computadoras (TELNET) no importando donde estén localizadas, tan solo que sean accesibles a través de Internet.
Para entender el funcionamiento de los protocolos TCP/IP debe tenerse en cuenta la arquitectura que ellos proponen para comunicar redes. Tal arquitectura ve como iguales a todas las redes a conectarse, sin tomar en cuenta el tamaño de ellas, ya sean locales o de cobertura amplia. Define que todas las redes que intercambiarán información deben estar conectadas a una misma computadora o equipo de procesamiento (dotados con dispositivos de comunicación); a tales computadoras
Arquitectura de Interconexión de Redes en TCP/IP Características
• Protocolos de no conexión en el nivel de red. • Conmutación de paquetes entre nodos. • Protocolos de transporte con funciones de seguridad. • Conjunto común de programas de aplicación.
104
se les denominan compuertas, pudiendo recibir otros nombres como enrutadores o puentes.
Direcciones IP
• Longitud de 32 bits. • Identifica a las redes y a los nodos conectados a ellas. • Especifica la conexión entre redes. • Se representan mediante cuatro octetos,
escritos en formato decimal, separados por puntos.
Para que en una red dos computadoras puedan comunicarse entre sí ellas deben estar identificadas con precisión Este identificador puede estar definido en niveles bajos (identificador físico) o en niveles altos (identificador lógico) de pendiendo del protocolo utilizado. TCP/IP utiliza un identificador denominado dirección Internet o dirección IP, cuya longitud es de 32 bytes. La dirección IP identifica tanto a la red a la que pertenece una computadora como a ella misma dentro de dicha red.
Clases de Direcciones IP
Clases Número de Redes Número de Nodos Rango de Direcciones IP
A 127 16,777,215 1.0.0.0 a la 127.0.0.0
B 4095 65,535 128.0.0.0 a la 191.255.0.0
C 2,097,151 255 192.0.0.0 a la 223.255.255.0
Tomando tal cual está definida una dirección IP podría surgir la duda de cómo identificar qué parte de la dirección identifica a la red y qué parte al nodo en dicha red. Lo anterior se resuelve mediante la definición de las "Clases de Direcciones IP". Para clarificar lo anterior veamos que una red con dirección clase A queda precisamente definida con el primer octeto de la dirección, la clase B con los dos primeros y la C con los tres primeros octetos. Los octetos restantes definen los nodos en la red específica.
Los servicios más importantes de TCP/IP son: Transferencia de Archivos FTP (File Transfer Protocol): Este protocolo permite a los usuarios obtener o enviar archivos a otras computadoras en una red amplia (Internet). En esto, hay que implementar cierta seguridad, para restringir el acceso a ciertos usuarios y además a ciertas partes del servidor (computadora).
105
Acceso Remoto: El acceso remoto (Telnet) en un protocolo que permite el acceso directo de un usuario a otra computadora en la red. Para establecer un Telnet, se debe establecer la dirección o nombre de la computadora a la cual se desea conectar. Mientras se tenga el enlace, todo lo que se escriba en la pantalla, será ejecutado en la computadora remota, haciendo un tanto invisible a la computadora local. Cuando se accede por este tipo de protocolos, generalmente la computadora remota pregunta por un nombre de usuario (user name, login, etc.) y por una clave (password). Cuando ya se desea terminar con la sesión, basta con terminar este protocolo, para salir generalmente con los comandos: logout, logoff, exit, etc. Correo en las Computadoras (e-mail): Este protocolo permite enviar o recibir mensajes a diferentes usuarios en otras computadoras. Generalmente se tiene una computadora como servidor de correo electrónico, la cual debe estar todo tiempo corriendo este programa, ya que cuando se envía algún mensaje, la computadora trata de enviarlo a la que le corresponde y si esta estuviera apagada o no corriendo este programa, el mensaje se perdería. Esta es la inconveniencia de tener un servidor de correo en una computadora del tipo PC, ya que estas no están permanentemente encendidas ni corriendo el protocolo de correo electrónico. Sistemas de archivo en red (NFS): Esto permite a un sistema acceder archivos en otra computadora de una manera mas apropiada que mediante un FTP. El NFS da la impresión de que los discos duros de la computadora remota están directamente conectados a la computadora local. De esta manera, se crea un disco virtual en el sistema local. Esto es bastante usado para diferentes propósitos, tales como poner gran cantidad de información en una cuantas computadoras, pero permitiendo el acceso a esos discos. Esto aparte de los beneficios económicos, además permite trabajar a los usuarios en varias computadoras y compartir archivos comunes. Impresión Remota: Esto permite acceder impresoras conectadas en la red, para lo cual se crean colas de impresión y el uso de dichas impresoras se puede restringir, ya sea mediante alguna contraseña o a ciertos usuarios. Los beneficios son el poder compartir estos recursos. Ejecución remota: Esto permite correr algún programa en particular en alguna computadora. Es útil cuando se tiene un trabajo grande que no es posible correr en un sistema pequeño, siendo necesario ejecutarlo en uno grande. Se tiene diferentes tipos de ejecución remota, por ejemplo, se puede dar algún comando o algunos para que sean ejecutados en alguna computadora en específico. Con un sistema mas sofisticado, es posible que ese proceso sea cargado a alguna computadora que se encuentre disponible para hacerlo.
106
Servidores de Nombres: En instalaciones grandes, hay un una buena cantidad de colección de nombres que tienen que ser manejados, esto incluye a usuarios y sus passwords, nombre y direcciones de computadoras en la red y cuentas. Resulta muy tedioso estar manejando esta gran cantidad de información, por lo que se puede destinar a una computadora que maneje este sistema, en ocasiones es necesario acceder estos servidores de nombres desde otra computadora a través de la red. Servidores de Terminales: En algunas ocasiones, no se requiere tener conectadas las terminales directamente a las computadoras, entonces, ellos se conectan a un servidor de terminales. Un servidor de terminales es simplemente una pequeña computadora que solo necesita correr el Telnet (o algunos otros protocolos para hacer el acceso remoto). , Si se tiene una computadora conectada a uno de estos servidores, simplemente se tiene que teclear el nombre de la computadora a la cual se desea conectar. Generalmente se puede tener varios en laces simultáneamente, y el servidor de terminales permitirá hacer la conmutación de una a otra en un tiempo muy reducido.
107
Anexo L. Composición, Propiedades Y Tratamientos De Los Aceros 1020
108
109
110
Anexo M. Grafico Arquitectura De Control
111
Anexo N. Grafico De Manejo De Eficiencias En PC De Producción
112
Anexo O. Grafico Del Menú Principal En Pantallas Touch Screen
113
Anexo P. Grafico De Información Introducida Por El Operario En Pantallas
Touch Screen
114
Anexo Q. Grafico De Registro De Paradas En PC De Producción
115
Anexo R. Grafico De Selección Tipo De Improductivo Por Parte Del Operario En Pantallas Touch Screen
