PROCESOS INDUSTRIALES DE MANOFACTURA

Manufactura
La manufactura describe la transformación de materias primas en productos terminados para su venta. También involucra procesos de elaboración de productos semi-manufacturados. Es conocida también por el término de industria secundaria. Algunas industrias, como las manufacturas de semiconductores o de acero, por ejemplo, usan el término de fabricación.
Aunque la producción artesanal ha formado parte de la humanidad desde tiempos inmemoriales, se piensa que la manufactura moderna surge alrededor de 1780 con la Revolución Industrial británica, expandiéndose a partir de entonces a toda la Europa continental, luego a Norteamérica y finalmente al resto del mundo.
La manufactura se ha convertido en una porción inmensa de la economía del mundo moderno. Quizás un cuarto de la producción mundial de bienes y servicios
Tiene por objetivo entregar al estudiante conocimientos avanzados en procesos de manufacturas de materiales como: fundición, mecanizado, conformado plástico y tratamientos térmicos con láser.
Los principales proyectos de investigación están relacionados a metales, pero se incluyen también polímeros y cerámicos. Los aspectos que abordan son:
Modelación y control de procesos por computador Análisis de fallas originadas en los procesos Determinación de propiedades mecánicas, aplicando técnicas avanzadas en interferometría laser Aptitud de los materiales para su procesamiento y para las aplicaciones finales Metrología y calidad
LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Control de Procesos de Manufactura Control por computador de los procesos antes mencionados y, en particular, control numérico de máquinas-herramientas y otras máquinas de manufactura.
Fundición Colada continua de cobre y sus aleaciones, el que incluye el estudio de sus defectos, diseño de moldes, estudio de las condiciones de operación y control automático del proceso, con mira a obtener productos de calidad, aptos para su procesamiento final
Tratamiento de Materiales Mediante Láser
Estudio de la interacción de la radiación láser con metales, polímeros u otros materiales de uso común en la industria. Aplicaciones en corte, perforación, soldadura y tratamientos superficiales. Metrología Desarrollo de técnicas de metrología dimensional con tranzabilidad al Sistema Internacional de Unidaes (SI). Caracterización de las propiedades mecánicas de los materiales mediante métodos interferométricos utilizando el láser. Conformado por Deformación Plástica Incluye temas relativos a:
Conformado de planchas metálicas delgadas anisotrópicas: límite de fluencia, efecto de la textura cristolográfica en las propiedades mecánicas, deformaciones límites. Conformado por laminación, extrusión y trefilación de tubos, flejes y alambrones de cobre producidos por colada contínua. Modelación y aplicación de métodos numéricos para simulación del conformado.

EJMPLO DE PROCEOS DE MANOFACTURA, EQUIPOS UTILIZADOS
Un proceso de fabricación, también denominado manufactura o producción, es el conjunto de operaciones necesarias para modificar las características de las materias primas. Dichas características pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética.
En la inmensa mayoría de los casos, para la obtención de un determinado producto serán necesarias multitud de operaciones individuales de modo que, dependiendo de la escala de observación, puede denominarse proceso tanto al conjunto de operaciones desde la extracción de los recursos naturales necesarios hasta la venta del producto como a las realizadas en un puesto de trabajo con una determinada máquina-herramienta.
Sin embargo, en el ámbito industrial se suelen considerar convencionalmente los procesos elementales que se indican, agrupados en dos grandes familias:
Tecnología mecánica:
Moldeo
Fundición
Pulvimetalurgia
Moldeo por inyección
Moldeo por soplado
Moldeo por compresión
Conformado o deformación plástica.
Laminación
Forja
Extrusión
Estirado
Conformado de chapa
Encogimiento
Calandrado
Procesos con arranque de material
Mecanizado
Torneado
Fresadora
Taladrado
Electroerosión
Procesos con aporte de material (rapid prototyping )
Soldadura
Tratamiento térmico
Templado
Revenido
Recocido
Normalizado
Cementación
Nitruración
Sinterización
Tratamientos superficiales; Acabado
Eléctricos
Electropulido
Abrasivos
Pulido
Tecnología química
Procesos físicos
Procesos químicos
Tratamientos superficiales

Instrumentación y Control de Procesos

La Instrumentación y Control de Procesos es una especialidad de la ingeniería y es la combinación de distintas ramas de la Ingeniería, entre las que destacan: Los Sistemas de Control,La Automatización,la Electrónica, La Informática. Su principal aplicación y propósito es el análisis,diseño y automatización de procesos de manufactura de diversas areas instriales como son: Petroleo y Gas, Generación de Energia Electrica, Textil....

Aplicación en el area productiva [editar]
Derivado de que todo proceso de fabricación y manufactura requiere de un control; La Ingenieria de Instrumentación y Control de Procesos tiene una aplicación en el sector productivo en las siguientes areas:
Diseño:
analizar e Incorporar los componentes basicos de medición, así como lazos de control, en el proceso de desarrollo de la ingenieria de un proyecto para la fabricación, construcción y/o modificacion de parametros de plantas industriales.
El Ingeniero de Instrumentación y Control de Procesos, participa en el desarrollo de las hojas de especificaciones técnicas de los instrumentos que integraran los lazos de control, así como la arquitectura de control, que se utilizará y revisión de los planos de Tuberia e Instrumentación "D.T.I.", desarrollo de la lógica de control, que puede ser, del tipo electrónico, neumático o hidráulico.
Mantenimiento
Mantenimiento los instrumentos de medición y control (Sensores,Transmisores, Controladores...) compenentes de los lazos de control de los procesos.

http://es.youtube.com/watch?v=49EYQDk9etU


EJEMPLO DE UN PROCESO CON UN SISTEMA AUTOMAITZADO

http://www.oikos-tecnics.com/pesmel2_paper.pdf

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS PARA AUTOMATIZAR UN PROCESO

Automatización
El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadora (CAM), son la última tendencia y luego se cargaban en el robot inicia en automatización de los procesos de fabricación. Éstas tecnologías conducen a la automatización industrial a otra transición, de alcances aún desconocidos.
Aunque el crecimiento del mercado de la industria Robótica ha sido lento en comparación con los primeros años de la década de los 80´s, de acuerdo a algunas predicciones, la industria de la robótica está en su infancia. Ya sea que éstas predicciones se realicen completamente, o no, es claro que la industria robótica, en una forma o en otra, permanecerá.
En la actualidad el uso de los robots industriales está concentrado en operaciones muy simples, como tareas repetitivas que no requieren tanta precisión. Se refleja el hecho de que en los 80´s las tareas relativamente simples como las máquinas de inspección, transferencia de materiales, pintado automotriz, y soldadura son económicamente viables para ser robotizadas. Los análisis de mercado en cuanto a fabricación predicen que en ésta década y en las posteriores los robots industriales incrementaran su campo de aplicación, esto debido a los avances tecnológicos en sensorica, los cuales permitirán tareas mas sofisticadas como el ensamble de materiales.
Como se ha observado la automatización y la robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial se puede definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la operación y control de la producción. En consecuencia la robótica es una forma de automatización industrial.
Hay tres clases muy amplias de automatización industrial : automatización fija, automatización programable, y automatización flexible.
La automatización fija se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.
La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a la variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa (Software).
Por su parte la automatización flexible es más adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada.
Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre si por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora.
De los tres tipos de automatización, la robótica coincide mas estrechamente con la automatización programable.
Tipos de Automatización.
Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se deberá analizar cada situación a fin de decidir correctamente el esquema más adecuado.
Los tipos de automatización son:
· Control Automático de Procesos
· El Procesamiento Electrónico de Datos
· La Automatización Fija
· El Control Numérico Computarizado
· La Automatización Flexible.
El Control Automático de Procesos, se refiere usualmente al manejo de procesos caracterizados de diversos tipos de cambios (generalmente químicos y físicos); un ejemplo de ésto lo podría ser el proceso de refinación de petróleo.
El Proceso Electrónico de Datos frecuentemente es relacionado con los sistemas de información, centros de computo, etc. Sin embargo en la actualidad también se considera dentro de esto la obtención, análisis y registros de datos a través de interfases y computadores.
La Automatización Fija, es aquella asociada al empleo de sistemas lógicos tales como: los sistemas de relevadores y compuertas lógicas; sin embargo estos sistemas se han ido flexibilizando al introducir algunos elementos de programación como en el caso de los (PLC'S) O Controladores Lógicos Programables.
Un mayor nivel de flexibilidad lo poseen las máquinas de control numérico computarizado. Este tipo de control se ha aplicado con éxito a Máquinas de Herramientas de Control Numérico (MHCN). Entre las MHCN podemos mencionar:
· Fresadoras CNC.
· Tornos CNC.
· Máquinas de Electroerosionado
· Máquinas de Corte por Hilo, etc.
El mayor grado de flexibilidad en cuanto a automatización se refiere es el de los Robots industriales que en forma más genérica se les denomina como "Celdas de Manufactura Flexible".
Generalidades del CNC
Actualmente existe un ambiente de grandes expectativas e incertidumbre. Mucho de esto se da por los rápidos cambios de la tecnología actual, pues estos no permiten asimilarla en forma adecuada de modo que es muy difícil sacar su mejor provecho. También surgen cambios rápidos en el orden económico y político los cuales en sociedades como la nuestra (países en desarrollo) inhiben el surgimiento de soluciones autóctonas o propias para nuestros problemas más fundamentales.
Entre todos estos cambios uno de los de mayor influencia lo será sin duda el desarrollo de las nuevas políticas mundiales de mercados abiertos y globalización. Todo esto habla de una libre competencia y surge la necesidad de adecuar nuestras industrias a fin de que puedan satisfacer el reto de los próximos años. Una opción o alternativa frente a esto es la reconversión de las industrias introduciendo el elemento de la automatización. Sin embargo se debe hacerse en la forma más adecuada de modo que se pueda absorber gradualmente la nueva tecnología en un tiempo adecuado; todo esto sin olvidar los factores de rendimiento de la inversión y capacidad de producción.
Uno de los elementos importantes dentro de este resurgir de la automatización son la Máquinas de Herramientas de Control Numérico Computarizado, las cuales brindan algunas ventajas adicionales que son de importancia considerar detenidamente, lo cual es el propósito de este escrito.
Desde el Fortune hasta el OMNI, la ríada de artículos sobre logros del CAD/CAM no tiene fin. Con la misma rapidez aparecen los acrónimos relacionados con él, tales como CIM, CAE, CNC, FMS y muchos mas. Como resultado, muchas personas se asustan, están confundidas y algo temerosas de esta nueva tecnología. Los trabajadores de plantas industriales atrasadas intentan competir en un mercado mundial que cada vez ofrece mejor calidad y precios mas bajos.
Antes del siglo XX, la mayor parte de la tentativas de automatización resultaron un fracaso. Muchas de estas tentativas tropezaron con una fuerte oposición por parte de los trabajadores. Por ejemplo, en Inglaterra a principios del siglo XIX los Luddites destruyeron maquinaria textil como protesta por la reducción de salarios y el desempleo. Sin embargo, a la vuelta de un siglo, la producción en masa se convirtió en la esencia del modo de vida americano y ahora está pasando a ser el modo de vida universal.
Hoy en día vuelve a haber enemigos de la automatización, y no solamente en la clase trabajadora. Muchos responsables de ingeniería y fabricación están desconcertados ante la realidad de la computerización.
Aunque mucha gente usa los término CAD/CAM para las estaciones gráficas, el nombre es un acrónimo derivado del ingles COMPUTER Aided Design y Computer Aided Manufacturing (Diseño Asistido por Computadora y Fabricación Asistida por Computadora). CAD/CAM son disciplinas distintas.
En realidad, CAD/CAM es un matrimonio entre numerosas disciplinas de ingeniería y fabricación . en una expresión mas simple, es una comunicación computarizada y una función de diseño para y entre ingenieros de fabricación. Si lo llevamos a sus últimos extremos, podemos incluir en él casi todas las etapas de fabricación y gestión. En este caso, quedarían incluidos el marketing, ofimática, contabilidad, control de calidad y casi todo aquello que pudiera tener relación con una base de datos centralizada. En general, podemos interpretar el prefijo CA como Asistido por Computador y sinónimo de automatización.
Algunas de las funciones más comunes del CAD son el modelado geométrico, análisis, prueba, delineación, y documentación. El CAM, por su parte, incluye control numérico, robótica, planificación y control de fabricación. Ambas disciplinas están interrelacionadas por una base de datos común.
El concepto de tecnología de grupo ha resultado de interese para muy distintas personas: ingenieros de diseño: ingenieros de fabricación, diseñadores y planificadores de procesos industriales e incluso agentes de compra. Permite al ingeniero un acceso inmediato a partes ya diseñadas similares a aquella en la que se encuentran trabajando, de forma que no precisa rediseñarla. El ingeniero de diseño puede estudiar diseños previos y limitarse a menudo a hacer cambios en lugar de uno nuevo. Para el planificador de procesos industriales, los diseños estandarizados hacen que la estructuración y encaminamiento de las partes resulten mucho mas fáciles. Los ingenieros de fabricación comprueban que los costes de estampación y fijado se reducen, así como el tiempo de organización. La GT permite que el agente de compras consiga abaratamientos al poder adquirir un gran numero de piezas iguales cada vez.

DISPOSITIVOS DE ENTRADA
SENSOR

Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo temperatura, intensidad luminosa, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tension eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etc.

TRANSMISOR

Instrumentos que convierten la salida del sensor en una señal suficientemente fuerte como para transmitirla al controlador o a otro aparato receptor, las señales de salida pueden ser neumaticas, electricas o digitales.

DISPOSITIVOS DE ENTRADA

Son aquellos que sirven para introducir datos a la computadora para su proceso. Los datos se leen de los dispositivos de entrada y se almacenan en la memoria central o interna. Los dispositivos de entrada convierten la información en señales eléctricas que se almacenan en la memoria central.


DISPOSITIVOS DE SALIDA

ACTUADORES

Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado. Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.
Existen tres tipos de actuadores:
· Hidráulicos
· Neumáticos
· Eléctricos

CONTROLADOR

Comparan la variable fisica a controlar con un valor deseado y ejercen una accion correctiva de acuerdo a la desviacion. El tipo de señal de salida de un controlador es estandar como el transmisor. En la industria se tiene una gran variedad de controladores como los PID, los digitales y los inteligentes basados en tecnicas como la logica difusa y las redes neuronales.

DISPOSITIVOS PARA INTERFAZ DE USUARIO

Las interfaces básicas de usuario son aquellas que incluyen cosas como menús, ventanas, teclado, ratón, los "beeps" y algunos otros sonidos que la computadora hace, en general, todos aquellos canales por los cuales se permite la comunicación entre el hombre y la computadora.
La idea fundamental en el concepto de interfaz es el de mediación, entre hombre y máquina. La interfaz es lo que "media", lo que facilita la comunicación, la interacción, entre dos sistemas de diferente naturaleza, típicamente el ser humano y una máquina como el computador. Esto implica, además, que se trata de un sistema de traducción, ya que los dos "hablan" lenguajes diferentes: verbo-icónico en el caso del hombre y binario en el caso del procesador electrónico.
De una manera más técnica se define a Interfaz de usuario, como conjunto de componentes empleados por los usuarios para comunicarse con las computadoras. El usuario dirige el funcionamiento de la máquina mediante instrucciones, denominadas genéricamente entradas.

Los dispositivos de interfaz de potencia
http://www.iua.upf.es/~jlozano/interfaces/interfaces8.html

TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO

Tipos de sistemas de control
-Un sistema está integrado por una serie de elementos que actúan conjuntamente y que cumplen un cierto objetivo. Los elementos que componen un sistema no son independientes, sino que están estrechamente relacionados entre sí, de forma que las modificaciones que se producen en uno de ellos pueden influir en los demás.

Los sistemas de control en lazo abierto
Una señal de entrada actúa sobre los elementos que controlan el funcionamiento de la máquina o proceso, y a la salida se obtiene la señal controlada. En este tipo de sistemas de control la señal de salida no tiene efecto sobre la acción de control.

Estos sistemas se representan mediante el siguiente esquema:


Sistema de control en lazo abierto


En nuestra vida cotidiana nos encontramos con muchos de estos sistemas de control. Por ejemplo, el funcionamiento de una lámpara suele estar controlado mediante un interruptor: al accionar el interruptor, el circuito eléctrico se cierra y la lámpara se enciende; cuando se vuelve a accionar el interruptor, el circuito se abre de nuevo y la lámpara se apaga. Se trata de un sistema de control en lazo abierto, ya que permite controlar el funcionamiento de la lámpara a través del interruptor, pero el estado de encendido o apagado de la lámpara (es decir, la salida del sistema) no influye en la acción de control.

Otros ejemplos son los sistemas de mando de los electrodomésticos presentes en el hogar (lavadora, horno eléctrico, etc.).


Sistemas de control de lazo cerrado

Automatismo en el que la señal de salida se toma como referencia, gracias al uso de uno o varios sensores, e influye en la acción tomada por el sistema de control.

SISTEMA DE CONTROL MANUAL
El control manual abarca conmutar y regular individualmente los circuitos eléctricos; el número de las combinaciones conmutables aumenta considerablemente, de acuerdo con el número de circuitos.Teniéndose circuitos eléctricos regulables, son muchas las situaciones de iluminación posibles.Dónde está la diferencia con respecto al control de luz programable: Si la conmutación y la regulación se efectúan a mano, las combinaciones y los estados prácticamente dejan de ser reproducibles.


SISTEMAS DE CONTROL AUTOMATICO

Los sistemas de control automático son objetos o sistemas que, al recibir una señal de entrada, realizan alguna función de forma automática sin la intervención de las personas.
El desarrollo de los sistemas de control automáticos ha supuesto que los objetos de consumo posean una autonomía tal que funcionan prácticamente sin intervención de las personas, no solo en la industria, sino también, y de forma más acusada, en el hogar. Así, aparatos como microondas, frigoríficos, sistemas de calefacción y aire acondicionado, alarmas antirrobo, ordenadores, etc., son aparatos que usamos habitualmente, mejorando la calidad de vida de las personas y realizando funciones de forma automática.

SISTEMAS MODERNOS DE AUTOMATIZACION

Automatización Industrial

(automatización; del griego antiguo: guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computarizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales substituyendo a operadores humanos.
El alcance va más allá que la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a operadores humanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la automatización reduce ampliamente la necesidad sensorial y mental del humano. La automatización como una disciplina de la ingeniería es más amplia que un mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores y transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistema de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.

La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial. Algunas ventajas son repetitividad, control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integración con sistemas empresariales, incremento de productividad y reducción de trabajo. Algunas desventajas son requerimientos de un gran capital, decremento severo en la flexibilidad, y un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparación. Por ejemplo, Japón ha tenido necesidad de retirar muchos de sus robots industriales cuando encontraron que eran incapaces de adaptarse a los cambios dramáticos de los requerimientos de producción y no eran capaces de justificar sus altos costos iniciales.
Para mediados del siglo 20, la automatización había existido por muchos años en una escala pequeña, utilizando mecanismos simples para automatizar tareas sencillas de manufactura. Sin embargo el concepto solamente llego a ser realmente práctico con la adición (y evolución) de las computadoras digitales, cuya flexibilidad permitió manejar cualquier clase de tarea. Las computadoras digitales con la combinación requerida de velocidad, poder de computo, precio y tamaño empezaron a aparecer en la década de 1960s. Antes de ese tiempo, las computadoras industriales era exclusivamente computadoras analógicas y computadoras híbridas. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el control de la mayoría de las tareas simples, repetitivas, tareas semiespecializadas y especializadas, con algunas excepciones notables en la producción e inspección de alimentos. Como un famoso dicho anonimo dice, "para muchas y muy cambiantes tareas, es difícil remplazar al ser humano, quienes son fácilmente vueltos a entrenar dentro de un amplio rango de tareas, más aún, son producidos a bajo costo por personal sin entrenamiento."
Existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la automatización. Ningún dispositivo ha sido inventado que pueda competir contra el ojo humano para la precisión y certeza en muchas tareas; tampoco el oído humano. El más inútil de los seres humanos puede identificar y distinguir mayor cantidad de esencias que cualquier dispositivo automático. Las habilidades para el patrón de reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más allá de cualquier expectativa de los ingenieros de automatización.
Las computadoras especializadas, referidas como Controlador lógico programable, son utilizadas frecuentemente para sincronizar el flujo de entradas de sensores y eventos con el flujo de salidas a los actuadores y eventos. Esto conduce para controlar acciones precisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso industrial. (Se temía que estos dispositivos fueran vulnerables al error del año 2000, con consecuencias catastróficas, ya que son tan comunes dentro del mundo de la industria).
Las interfaces Hombre-Máquina (HMI) o interfaces Hombre-Computadora (CHI), formalmente conocidas como interfaces Hombre-Máquina, son comúnmente empleadas para comunicarse con los PLCs y otras computadoras, para labores tales como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controles automáticos o respuesta a mensajes de alarma. El personal de servicio que monitorea y controla estas interfaces son conocidos como ingenieros de estación.
Otra forma de automatización que involucra computadoras es la prueba de automatización, donde las computadoras controlan un equipo de prueba automático que es programado para simular seres humanos que prueban manualmente una aplicación. Esto es acompañado por lo general de herramientas automáticas para generar instrucciones especiales (escritas como programas de computadora) que direccionan al equipo automático en prueba en la dirección exacta para terminar las pruebas.

HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION

http://es.youtube.com/watch?v=a2qeZrejZp0

Historia de la Automatización

Vaso egipcio medidor de tiempo (siglo XV )

Los primeros sistemas de control que conocemos son las trampas de caza. Estaban dotadas de un elemento, a modo de trinquete primitivo, que sujetaba la trampa abierta. Cuando algún animal pisaba encima, el trinquete dejaba de sujetar la trampa, cerrándola y atrapando al animal. Los relojes, o sistemas de medición del tiempo, son otro tipo de automatismos. Los egipcios, hacia el 1400 a.C., ya utilizaban vasijas en las que se vertía agua a un ritmo constante. Tenían unas muescas que determinaban, según alcanzaba el agua un determinado nivel, el tiempo transcurrido en el llenado. Uno de los ejemplos más antiguos de sistemas automáticos son los mecanismos reguladores con flotador, desarrollados en Grecia durante el siglo III a.C., como el reloj de agua de Ktesibios o la lámpara de Filón, que permitía mantener un nivel constante de aceite. En el siglo I d.C. Herón publicó su obra Pneumatica, en la que describía varios automatismos hidráulicos y neumáticos. En la Edad Media se empezaron a construir en Europa relojes con maquinaria mecánica. Dichos relojes constaban de engranajes que transmitían movimiento a una frecuencia de giro determinada para el paso de los minutos y las horas. El mecanismo que impulsa el giro de estos relojes consiste en un resorte tensado que transmite el movimiento a los engranajes. En el siglo XVI, sir John Harrington puso en funcionamiento el primer inodoro automático que vertía agua desde una cisterna, usando una válvula intermedia que permitía el paso de agua a voluntad. En 1681, el ingeniero francés Denis Papin desarrolló un regulador de presión con el que consiguió mantener la presión del vapor dentro de una caldera. Hoy en día estos reguladores se aplican en las ollas a presión, en las que un elemento regulador gira mientras deja salir parte del vapor que se genera en el interior. Esta invención supone el principio de la regulación y de la automatización de máquinas neumáticas. En 1692, con ayuda de multitud de piezas mecánicas, el científico y matemático Pascal inventó una máquina calculadora sumadora.En la Revolución Industrial, la invención de la máquina de vapor supuso un avance enorme en la automatización de los sistemas. Se aplicó principalmente a la tracción de locomotoras y vehículos, y posteriormente derivó en la invención de los motores de combustión interna. Todas estas invenciones tienen en común el aporte de un medio energético a una máquina para que funcione de forma autónoma.El nacimiento de la automatización industrial surgió con la invención del regulador centrífugo de Watt, que permitía controlar la velocidad de las máquinas de vapor.A partir del siglo XIX comenzaron a aparecer multitud de aparatos que realizaban funciones automáticas, como máquinas mecánicas de multiplicar o una máquina para resolver ecuaciones de segundo grado inventada por Charles Babbage.En 1801, Jacquard inventó el primer telar automático. Este telar entrecruzaba los hilos para formar el tejido de manera que, tras introducir el tipo de ligamento que se quería obtener a través de una tarjeta perforada, iba situando los hilos de forma automática. Podemos considerar las tarjetas perforadas como el primer sistema de control programado, en el que se basaría años después el método de programación de los primeros ordenadores.La Segunda Guerra Mundial marcó un hito en el desarrollo de los sistemas de control automáticos, coincidiendo con el desarrollo de la electrónica. Así, se avanzó enormemente en los medios de control con fines militares, como el radar, el piloto automático en los aviones, los sistemas de cálculo de tiro o las comunicaciones a través de la radio y la telefonía.A partir de los años cincuenta comenzó la incorporación de los ordenadores para el control de procesos, naciendo los autómatas programables y los robots. En 1954, el norteamericano G. Devol desarrolló un brazo mecánico programable capaz de realizar tareas específicas, y durante la misma década una empresa norteamericana instaló el primer autómata programable en sus cadenas de montaje. Sin embargo, el desarrollo de los robots no se produjo hasta la década de los setenta, cuando el también estadounidense V. Scheinman diseñó el denominado PUMA (Brazo Manipulador Universal Programable), que constituye la base de los actuales robots industriales. Desde entonces, la evolución de los robots ha sido vertiginosa, y hoy en día se utilizan en gran número de actividades industriales.La automatización de los sistemas electrónicos ha permitido también el progreso de la astronáutica, una de cuyas principales aplicaciones son los satélites de comunicaciones. Asimismo, los sistemas de control automático han permitido la exploración del espacio y la llegada del hombre a la Luna en la misión Apollo, el aterrizaje de naves Viking y Pathfinder en la superficie de Marte y el envío de naves no tripuladas, como las Voyager I y II, hasta los confines del Sistema Solar.En definitiva, se puede decir que el desarrollo de los sistemas de control automáticos ha supuesto que los objetos de consumo posean una autonomía tal que funcionan prácticamente sin intervención de las personas, no solo en la industria, sino también, y de forma más acusada, en el hogar. Así, aparatos como microondas, frigoríficos, sistemas de calefacción y aire acondicionado, alarmas antirrobo, ordenadores, etc., son aparatos que usamos habitualmente, mejorando la calidad de vida de las personas y realizando funciones de forma automática.

Máquina de tejer de Atkinson (siglo XIX)

A comienzos del s. XIX, Jacquard inventó el primer telar automático. Este telar entrecruzaba los hilos para formar el tejido de manera que, tras introducir el tipo de ligamento que se quería obtener a través de una tarjeta perforada, iba situando los hilos de forma automática. Podemos considerar las tarjetas perforadas como el primer sistema de control programado, en el que se basaría años después el método de programación de los primeros ordenadores. Máquina calculadora de C. Babbage (siglo XIX) A partir del siglo XIX comenzaron a aparecer multitud de aparatos que realizaban funciones automáticas, como máquinas mecánicas de multiplicar o esta máquina para resolver ecuaciones de segundo grado. El origen se remonta a los años 1750, cuando surge la revolución industrial. 1745: Máquinas de tejido controladas por tarjetas perforadas. 1817-1870: Máquinas especiales para corte de metal. 1863: Primer piano automático, inventado por M. Fourneaux.1856-1890: Sir Joseph Whitworth enfatiza la necesidad de piezas intercambiables. 1870: Primer torno automático, inventado por Christopher Spencer. 1940: Surgen los controles hidráulicos, neumáticos y electrónicos para máquinas de corte automáticas. 1945-1948: John ParsoPOR ns comienza investigación sobre control numérico. 1960-1972: Se desarrollan técnicas de control numérico directo y manufactura computadorizada.

El robot de Leonardo Da Vinci

El ingenio de Leonardo Da Vinci es insuperable. No sólo brilló en las artes pictóricas, en las matemáticas o en las ciencias aplicadas, su conocimiento y brillantez se hicieron un hueco en la ingeniería, tanto naval, militar, mecánica etc. Pude comprobar, en la exposición sobre Leonardo Da Vinci que visité en mi ciudad, que se atrevió a diseñar lo que sería un autómata.Cuando era joven, a Leonardo le fascinaban los autómatas descritos en la literatura clásica (Hómero y Píndaro). En su primera estancia en Milán, estudió detenidamente la anatomía humana llegando a la conclusión de que nuestro esqueleto era una combinación perfecta de palancas y contrapalancas que, con toda seguridad, se podía emular diseñando un robot. Dicho diseño podría imitar los movimientos humanos con un juego de poleas y cuerdas. Flexionar y distender los miembros humanos serían equivalentes a la tensión o relajamiento de las cuerdas de su innovador diseño.Su autómata programable se asemejaba a un caballero con armadura, pudiendo mover las extremidades inferiores y superiores, al igual que la cabeza, mediante automatismos internos.Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento, mareas, o un flujo de agua por energía humana.Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos. Todavía después, algunas formas de automatización fueron controlados por mecanismos de relojería o dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poder artificiales -algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir acciones simples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos. Dichos dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatas y datan posiblemente desde 300 AC.En 1801, la patente de un telar automático utilizando tarjetas perforadas fue dada a Joseph Marie Jacquard, quien revolucionó la industria del textil Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imiten las partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el movimiento de estos era inspiración de sus dioses. Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicas, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos. Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots. Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII. Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito específico: la diversión. En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer dibujos. Una serie de levas se utilizaban como ` el programa ' para el dispositivo en el proceso de escribir y dibujar. Éstas creaciones mecánicas de forma humana deben considerarse como inversiones aisladas que reflejan el genio de hombres que se anticiparon a su época. Hubo otras invenciones mecánicas durante la revolución industrial, creadas por mentes de igual genio, muchas de las cuales estaban dirigidas al sector de la producción textil. Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de Hargreaves (1770), la hiladora mecánica de Crompton (1779), el telar mecánico de Cartwright (1785), el telar de Jacquard (1801), y otros. El desarrollo en la tecnología, donde se incluyen las poderosas computadoras electrónicas, los actuadores de control retroalimentados, transmisión de potencia a través de engranes, y la tecnología en sensores han contribuido a flexibilizar los mecanismos autómatas para desempeñar tareas dentro de la industria. Son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros robots en la década de los 50's. La investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de emular el procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías.Como se ha visto, las tendencias de globalización y segmentación internacional de los mercados son cada vez más acentuadas. Y como estrategia para enfrentar este nuevo escenario, la automatización representa una alternativa que es necesario considerar.Los países de mayor desarrollo, poseen una gran experiencia en cuanto a automatización se refiere y los problemas que ellos enfrentan en la actualidad son de características distintas a los nuestros. Por lo cual es necesario precisar correctamente ambas perspectivas.AntecedentesLas ideas y las invenciones de muchos matemáticos, científicos, e ingenieros allanaron el camino para el desarrollo de la computadora moderna. En un sentido, la computadora tiene realmente tres fechas una como calculadora mecánica, cerca de 500 a.c. , otra como concepto (1833), y la tercera del nacimiento como la computadora digital moderna (1946). La primera calculadora mecánica, fue un sistema de barras y de bolas móviles llamados el ábaco, fue ideada en Babilonia alrededor de 500 a.c.. El ábaco proporcionó el método más rápido de calcular hasta 1642, cuando el científico francés Pascal Blaise inventó una calculadora hecha de ruedas y de dientes. Cuando la rueda de las unidades se movía una revolución (más allá de diez muescas), se movía la muesca de la rueda de las decenas; cuando la rueda de las decenas se movía una revolución, se movía la muesca de la rueda de los centenares; etcétera. Mejoras en la calculadora mecánica de Pascal fueron llevadas a cabo por los científicos e inventores tales Gottfried Wilhelm Leibniz, W.T. Odhner, Dorr E. Felt, Frank S. Baldwin y Jay R. Monroe.El concepto de la computadora moderna primero fue contorneado en 1833 por el matemático británico Charles Babbage. Su diseño de un "motor analítico" contuvo todos los elementos necesarios de una computadora moderna: dispositivos de entrada de información, un almacén (memoria), un molino (unidad que cómputo), una unidad de control, y dispositivos de salida. El diseño llevó más de 50,000 piezas móviles en una máquina de vapor tan grande como una locomotora. La mayoría de las acciones del motor analítico eran realizadas utilizando tarjetas perforadas, una adaptación al método que ya era usado para controlar máquinas de cosido automático de seda. Aunque Babbage trabajó en el motor analítico por casi 40 años, él nunca construyó realmente una máquina de trabajo. En 1889 Herman Hollerith, inventor americano, patentó una máquina calculadora que contó, comparó y ordenó la información guardada en tarjetas perforadas. Cuando las tarjetas eran colocadas en su máquina, presionaban una serie de contactos del metal que correspondía a la red de perforaciones potenciales. Cuando un contacto encontraba en un agujero (perforado para representar la edad, ocupación, etcétera), cerraba un circuito eléctrico y aumentaba la cuenta para esa categoría. Su máquina primero fue utilizada para ayudar a clasificar la información estadística para el censo 1890 de Estados Unidos. En 1896 Hollerith fundó la Compañía de Máquinas de Tabulación para producir máquinas similares. En 1924, después una numerosa fusión, la compañía cambió su nombre a International Bussines Machine Corporation (IBM). IBM hizo de la maquinaria de tarjetas de oficina un negocio dominante en los sistemas de información hasta que tarde en los años 60, cuando una nueva generación de computadoras hizo obsoleta a la máquina de tarjetas. En los últimos 20 y 30 años, varios nuevos tipos de calculadoras fueron construidos. Vannevar Bush, ingeniero americano, desarrolló el analizador diferenciado, la primera calculadora capaz de solucionar ecuaciones diferenciales. Su máquina calculaba con números decimales y por lo tanto requirió centenares de engranajes y ejes para representar los varios movimientos y lazos de los diez dígitos. En 1939 los físicos americanos John V. Atanasoff y Clifford Berry produjeron el prototipo de una computadora en el sistema de numeración binario. Atanasoff pensaba que un número binario era mejor para satisfacer los cómputos que los números decimales porque dos dígitos 1 y 0 pueden ser representados fácilmente por un circuito eléctrico, que sería encendido o apagado. Además, George Boole, matemático británico, había ideado ya un sistema completo de la álgebra binaria que se pudo aplicar a los circuitos de la computadora.La computadora moderna creció fuera de los esfuerzos intensos de la investigación montados durante la Segunda Guerra Mundial. Desde 1941 el inventor alemán Konrad Zuse produjo una computadora operacional, la Z3, que fue utilizado en los diseños de aviones y de misiles. El gobierno alemán rechazó ayudarle a refinar la máquina, sin embargo, la computadora nunca alcanzó su potencia completa.Un matemático de Harvard nombrado Howard Aiken dirigió el desarrollo de la Calculadora Controlada de Secuencia Automática de Harvard-IBM, conocida más adelante como la Marca I una computadora electrónica que utilizó 3,304 réles electromecánicos como interruptores encendido-apagado. Terminada en 1944, su función primaria era crear las tablas balística para hacer la artillería de la marina más exacta. La primera computadora completamente electrónica, que utilizó los tubos de en vez de los réles mecánicos, era tan secreta que su existencia no fue revelada hasta décadas después de que fuera construida. Inventada por el matemático inglés Alan Turing y puesta en operación antes de 1943, el Colossus era la computadora con que los criptógrafos británicos rompían los códigos secretos militares de los alemanes. Como Colossus fue diseñado para solamente una tarea, la distinción como la primera computadora electrónica moderno de uso general pertenece correctamente a ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator). Diseñada por dos ingenieros americanos, Juan W. Mauchly y J. Presper Eckert, Jr., ENIAC entró servicio en la universidad de Pennsylvania en 1946. Su construcción era una enorme hazaña de ingeniería la máquina de 30 toneladas contuvo 17,468 tubos de vacío conectados por 500 millas (800 kilómetros) de cableado. ENIAC realizó 100,000 operaciones por segundo. La invención del transistor en 1948 trajo una revolución en el desarrollo de la computadora. Los tubos de vacío calientes, no fiables fueron substituidos por los transistores pequeños del germanio (luego silicio) que generaban poco calor con todo funcionado perfectamente como los interruptores o los amplificadores. El descubrimiento en la miniaturización de la computadora vino en 1958, cuando Jack Kilby, ingeniero americano, diseñó el primer circuito integrado verdadero. Su prototipo consistió en una oblea del germanio que incluyó los transistores, las resistencias y los condensadores, los componentes principales del trazado de circuito electrónico. Usando chips de silicio menos costosos, los ingenieros tuvieron éxito en poner más y más componentes electrónicos en cada chip. El desarrollo de la integración en gran escala (LSI) permitió abarrotar centenares de componentes en un chip; la integración a muy gran escala (VLSI) hizo crecer ese número a los centenares de millares; y los ingenieros proyectan que las técnicas de integración ultra grande (ULSI) permitirán ser colocados alrededor de 10 millones de componentes en un microchip el tamaño de una uña. Otra revolución en tecnología del microchip ocurrió en 1971 en que el ingeniero americano Marcian E. Hoff combinó los elementos básicos de una computadora en un chip de silicio minúsculo, que llamó microprocesador. Este microprocesador Intel 4004 y centenares de variaciones que las siguieron son las computadoras dedicadas que hacen funcionar millares de productos modernos y forman el corazón de casi cada computadora electrónica de uso general.

LA REVOLUCION INDUSTRIAL
Revolución Industrial es un periodo histórico comprendido entre la segunda mitad del siglo XVIII y principios del XIX, en el que el Reino Unido en primer lugar, y el resto de la Europa continental después, sufren el mayor conjunto de transformaciones socioeconómicas, tecnológicas y culturales de la Historia de la humanidad, desde el Neolítico.
La economía basada en el trabajo manual fue reemplazada por otra dominada por la industria y la manufactura. La revolución comenzó con la mecanización de las industrias textiles y el desarrollo de los procesos del hierro. La expansión del comercio fue favorecida por la mejora de las rutas de transportes y posteriormente por el nacimiento del ferrocarril. Las innovaciones tecnológicas más importantes fueron la máquina de vapor y la denominada Spinning Jenny, una potente máquina relacionada con la industria textil. Estas nuevas máquinas favorecieron enormes incrementos en la capacidad de producción. La producción y desarrollo de nuevos modelos de maquinaria en las dos primeras décadas del siglo XIX facilitó la manufactura en otras industrias e incrementó también su producción.