La automatización describe una amplia gama de tecnologías que reducen la intervención humana en los procesos, principalmente predeterminando criterios de decisión, relaciones de subprocesos y acciones relacionadas, además de incorporar esas predeterminaciones en máquinas. [1] [2] La automatización se ha logrado mediante diversos medios, incluidos dispositivos mecánicos , hidráulicos , neumáticos , eléctricos , electrónicos y computadoras , generalmente en combinación. Los sistemas complicados, como las fábricas , los aviones y los barcos modernos, suelen utilizar combinaciones de todas estas técnicas. El beneficio de la automatización incluye ahorro de mano de obra, reducción de desperdicios, ahorro en costos de electricidad , ahorro en costos de materiales y mejoras en la calidad, exactitud y precisión.
La automatización incluye el uso de diversos equipos y sistemas de control como maquinaria , procesos en fábricas , calderas , [3] y hornos de tratamiento térmico , encendido de redes telefónicas , gobierno , estabilización de barcos , aviones y otras aplicaciones y vehículos con intervención humana reducida. . [4] Los ejemplos van desde un termostato doméstico que controla una caldera hasta un gran sistema de control industrial con decenas de miles de mediciones de entrada y señales de control de salida. La automatización también ha encontrado un lugar en la industria bancaria. Puede variar desde un simple control de encendido y apagado hasta algoritmos multivariables de alto nivel en términos de complejidad de control.
En el tipo más simple de bucle de control automático , un controlador compara un valor medido de un proceso con un valor establecido deseado y procesa la señal de error resultante para cambiar alguna entrada al proceso, de tal manera que el proceso permanezca en su punto establecido. a pesar de los disturbios. Este control de circuito cerrado es una aplicación de retroalimentación negativa a un sistema. La base matemática de la teoría del control se inició en el siglo XVIII y avanzó rápidamente en el XX. El término automatización , inspirado en la palabra anterior automático (que proviene de autómata ), no se utilizó ampliamente antes de 1947, cuando Ford estableció un departamento de automatización. [5] Fue durante esta época que la industria adoptó rápidamente controladores de retroalimentación , que se introdujeron en la década de 1930. [6]
El Informe sobre el desarrollo mundial de 2019 del Banco Mundial muestra evidencia de que las nuevas industrias y empleos en el sector tecnológico superan los efectos económicos de los trabajadores desplazados por la automatización. [7] La pérdida de empleos y la movilidad descendente atribuida a la automatización se han citado como uno de los muchos factores en el resurgimiento de las políticas nacionalistas , proteccionistas y populistas en Estados Unidos, Reino Unido y Francia, entre otros países, desde la década de 2010. [8] [9] [10] [11] [12]
Era una preocupación de los griegos y árabes (en el período comprendido entre aproximadamente el 300 a. C. y aproximadamente el 1200 d. C.) mantener una noción precisa del tiempo. En el Egipto ptolemaico , alrededor del año 270 a. C., Ctesibius describió un regulador de flotador para un reloj de agua , un dispositivo similar a la bola y el grifo de un inodoro moderno. Este fue el primer mecanismo controlado por retroalimentación. [13] La aparición del reloj mecánico en el siglo XIV dejó obsoletos el reloj de agua y su sistema de control por retroalimentación.
Los hermanos persas Banū Mūsā , en su Libro de dispositivos ingeniosos (850 d. C.), describieron una serie de controles automáticos. [14] Los hermanos Banu Musa desarrollaron controles de nivel de dos pasos para fluidos, una forma de controles de estructura variable discontinua. [15] También describieron un controlador de retroalimentación . [16] [17] El diseño de sistemas de control de retroalimentación durante la Revolución Industrial se realizó mediante prueba y error, junto con una gran cantidad de intuición de ingeniería. No fue hasta mediados del siglo XIX que la estabilidad de los sistemas de control por retroalimentación se analizó utilizando las matemáticas, el lenguaje formal de la teoría del control automático. [ cita necesaria ]
El gobernador centrífugo fue inventado por Christiaan Huygens en el siglo XVII y se utilizaba para ajustar el espacio entre las piedras de molino . [18] [19] [20]
La introducción de motores primarios , o máquinas autopropulsadas, molinos de granos avanzados, hornos, calderas y máquinas de vapor creó un nuevo requisito para los sistemas de control automático, incluidos reguladores de temperatura (inventados en 1624; véase Cornelius Drebbel ), reguladores de presión (1681), reguladores de flotador (1700) y dispositivos de control de velocidad . Se utilizó otro mecanismo de control para proteger las aspas de los molinos de viento. Fue patentado por Edmund Lee en 1745. [21] También en 1745, Jacques de Vaucanson inventó el primer telar automatizado. Hacia 1800, Joseph Marie Jacquard creó un sistema de tarjetas perforadas para programar telares. [22]
En 1771, Richard Arkwright inventó la primera hilandería totalmente automatizada impulsada por energía hidráulica, conocida en ese momento como estructura hidráulica . [23] Oliver Evans desarrolló un molino harinero automático en 1785, lo que lo convirtió en el primer proceso industrial completamente automatizado. [24] [25]
El Sr. Bunce de Inglaterra utilizó un gobernador centrífugo en 1784 como parte de un modelo de grúa de vapor . [26] [27] El gobernador centrífugo fue adoptado por James Watt para su uso en una máquina de vapor en 1788 después de que el socio de Watt, Boulton, viera uno en un molino harinero que Boulton & Watt estaban construyendo. [21] El gobernador en realidad no podía mantener una velocidad determinada; el motor asumiría una nueva velocidad constante en respuesta a los cambios de carga. El gobernador pudo manejar variaciones más pequeñas, como las causadas por la carga de calor fluctuante en la caldera. Además, había una tendencia a la oscilación cada vez que había un cambio de velocidad. Como consecuencia, los motores equipados con este regulador no eran adecuados para operaciones que requerían velocidad constante, como el hilado de algodón. [21]
Varias mejoras al gobernador, además de mejoras en el tiempo de corte de las válvulas en la máquina de vapor, hicieron que la máquina fuera adecuada para la mayoría de los usos industriales antes de finales del siglo XIX. Los avances en la máquina de vapor estuvieron muy por delante de la ciencia, tanto de la termodinámica como de la teoría del control. [21] El gobernador recibió relativamente poca atención científica hasta que James Clerk Maxwell publicó un artículo que estableció el comienzo de una base teórica para comprender la teoría del control.
La lógica de relés se introdujo con la electrificación de las fábricas , que experimentó una rápida adaptación desde 1900 hasta la década de 1920. Las centrales eléctricas también estaban experimentando un rápido crecimiento y el funcionamiento de nuevas calderas de alta presión, turbinas de vapor y subestaciones eléctricas creó una gran demanda de instrumentos y controles. Las salas de control central se volvieron comunes en la década de 1920, pero aún a principios de la década de 1930, la mayoría de los controles de procesos eran de encendido y apagado. Los operadores normalmente monitoreaban gráficos elaborados por registradores que trazaban datos de instrumentos. Para hacer correcciones, los operadores abrían o cerraban válvulas manualmente o encendían o apagaban interruptores. Las salas de control también utilizaban luces codificadas por colores para enviar señales a los trabajadores de la planta para que realizaran ciertos cambios manualmente. [28]
El desarrollo del amplificador electrónico durante la década de 1920, que fue importante para la telefonía de larga distancia, requirió una relación señal-ruido más alta, lo que se resolvió mediante la cancelación de ruido por retroalimentación negativa. Esta y otras aplicaciones de la telefonía contribuyeron a la teoría del control. En las décadas de 1940 y 1950, el matemático alemán Irmgard Flügge-Lotz desarrolló la teoría de los controles automáticos discontinuos, que encontró aplicaciones militares durante la Segunda Guerra Mundial en sistemas de control de incendios y sistemas de navegación de aviones . [6]
En la década de 1930 comenzaron a introducirse controladores, que podían realizar cambios calculados en respuesta a desviaciones de un punto de ajuste en lugar de un control de encendido y apagado. Los controladores permitieron que la manufactura siguiera mostrando ganancias de productividad para compensar la influencia cada vez menor de la electrificación de las fábricas. [29]
La productividad de las fábricas aumentó considerablemente gracias a la electrificación en la década de 1920. El crecimiento de la productividad manufacturera estadounidense cayó del 5,2% anual entre 1919 y 1929 al 2,76% anual entre 1929 y 1941. Alexander Field señala que el gasto en instrumentos no médicos aumentó significativamente entre 1929 y 1933 y se mantuvo fuerte a partir de entonces. [29]
La Primera y la Segunda Guerra Mundial vieron importantes avances en el campo de la comunicación masiva y el procesamiento de señales . Otros avances clave en los controles automáticos incluyen ecuaciones diferenciales , teoría de la estabilidad y teoría de sistemas (1938), análisis en el dominio de la frecuencia (1940), control de barcos (1950) y análisis estocástico (1941).
A partir de 1958, surgieron varios sistemas basados en módulos lógicos digitales de estado sólido [30] [31] para controladores lógicos programados cableados (los predecesores de los controladores lógicos programables [PLC]) para reemplazar la lógica de relés electromecánicos en los sistemas de control industrial. para control y automatización de procesos, incluidos los primeros Telefunken / AEG Logistat, Siemens Simatic , Philips / Mullard /Valvo Norbit , BBC Sigmatronic, ACEC Logacec , Akkord Estacord, Krone Mibakron, Bistat, Datapac, Norlog, SSR o Sistemas procónticos. [30] [32] [33] [34] [35] [36]
En 1959, la refinería Port Arthur de Texaco se convirtió en la primera planta química en utilizar control digital . [37] La conversión de fábricas al control digital comenzó a extenderse rápidamente en la década de 1970 a medida que caía el precio del hardware informático .
La centralita telefónica automática se introdujo en 1892 junto con los teléfonos de marcación. En 1929, el 31,9% del sistema Bell era automático. [38] : 158 La conmutación telefónica automática utilizaba originalmente amplificadores de válvulas e interruptores electromecánicos, que consumían una gran cantidad de electricidad. El volumen de llamadas finalmente creció tan rápido que se temió que el sistema telefónico consumiría toda la producción de electricidad, lo que llevó a Bell Labs a comenzar a investigar sobre el transistor . [39]
La lógica realizada por los relés de conmutación telefónica fue la inspiración para la computadora digital. La primera máquina sopladora de botellas de vidrio que tuvo éxito comercial fue un modelo automático introducido en 1905. [40] La máquina, operada por un equipo de dos hombres que trabajaban en turnos de 12 horas, podía producir 17.280 botellas en 24 horas, en comparación con las 2.880 botellas fabricadas por un equipo de seis hombres y niños trabajando en un taller durante un día. El costo de fabricar botellas a máquina era de 10 a 12 centavos por bruto en comparación con 1,80 dólares por bruto de los sopladores de vidrio y ayudantes manuales.
Los accionamientos eléctricos seccionales se desarrollaron utilizando la teoría de control. Los accionamientos eléctricos seccionales se utilizan en diferentes secciones de una máquina donde se debe mantener un diferencial preciso entre las secciones. En el laminado de acero, el metal se alarga a medida que pasa a través de pares de rodillos, que deben correr a velocidades sucesivamente más rápidas. En la fabricación de papel, la hoja se encoge a medida que pasa por un secador calentado por vapor dispuesto en grupos, que deben funcionar a velocidades sucesivamente más lentas. La primera aplicación de un accionamiento eléctrico seccional fue en una máquina de papel en 1919. [41] Uno de los avances más importantes en la industria del acero durante el siglo XX fue el laminado continuo de bandas anchas, desarrollado por Armco en 1928. [42]
Antes de la automatización, muchos productos químicos se fabricaban en lotes. En 1930, con el uso generalizado de instrumentos y el uso emergente de controladores, el fundador de Dow Chemical Co. abogaba por la producción continua . [43]
James Nasmyth desarrolló en la década de 1840 máquinas herramienta de acción automática que desplazaron la destreza manual para que pudieran ser operadas por niños y trabajadores no calificados . [44] Las máquinas herramienta se automatizaron con control numérico (NC) utilizando cinta de papel perforada en la década de 1950. Esto pronto evolucionó hacia el control numérico computarizado (CNC).
Hoy en día se practica una automatización exhaustiva en prácticamente todos los tipos de procesos de fabricación y montaje. Algunos de los procesos más importantes incluyen generación de energía eléctrica, refinación de petróleo, productos químicos, acerías, plásticos, plantas de cemento, plantas de fertilizantes, fábricas de pulpa y papel, ensamblaje de automóviles y camiones, producción de aviones, fabricación de vidrio, plantas de separación de gas natural, alimentos y bebidas. procesamiento, enlatado y embotellado y fabricación de diversos tipos de piezas. Los robots son especialmente útiles en aplicaciones peligrosas como la pintura en aerosol de automóviles. Los robots también se utilizan para ensamblar placas de circuitos electrónicos. La soldadura automotriz se realiza con robots y los soldadores automáticos se utilizan en aplicaciones como tuberías.
Con el advenimiento de la era espacial en 1957, el diseño de controles, particularmente en los Estados Unidos, se alejó de las técnicas en el dominio de la frecuencia de la teoría de control clásica y retrocedió hacia las técnicas de ecuaciones diferenciales de finales del siglo XIX, que estaban formuladas en la época. dominio. Durante las décadas de 1940 y 1950, el matemático alemán Irmgard Flugge-Lotz desarrolló la teoría del control automático discontinuo, que llegó a ser ampliamente utilizada en sistemas de control de histéresis como sistemas de navegación , sistemas de control de incendios y electrónica . A través de Flugge-Lotz y otros, la era moderna vio el diseño en el dominio del tiempo para sistemas no lineales (1961), la navegación (1960), la teoría de estimación y control óptimo (1962), la teoría del control no lineal (1969), la teoría del control y filtrado digital (1974). ), y la computadora personal (1983).
Quizás la ventaja más citada de la automatización en la industria es que se asocia con una producción más rápida y costos laborales más baratos. Otro beneficio podría ser que reemplaza el trabajo duro, físico o monótono. [45] Además, las tareas que tienen lugar en entornos peligrosos o que están más allá de las capacidades humanas pueden ser realizadas por máquinas, ya que las máquinas pueden funcionar incluso bajo temperaturas extremas o en atmósferas radiactivas o tóxicas. También se pueden mantener con simples controles de calidad. Sin embargo, por el momento, no todas las tareas se pueden automatizar y algunas tareas son más costosas de automatizar que otras. Los costos iniciales de instalación de la maquinaria en la fábrica son altos y la falta de mantenimiento de un sistema podría provocar la pérdida del producto en sí.
Además, algunos estudios parecen indicar que la automatización industrial podría imponer efectos nocivos más allá de las preocupaciones operativas, incluido el desplazamiento de trabajadores debido a la pérdida sistémica de empleo y al daño ambiental agravado; sin embargo, estos hallazgos son de naturaleza intrincada y controvertida y podrían potencialmente eludirse. [46]
Las principales ventajas de la automatización son:
La automatización describe principalmente máquinas que reemplazan la acción humana, pero también se asocia vagamente con la mecanización, es decir, máquinas que reemplazan el trabajo humano. Junto con la mecanización, la ampliación de las capacidades humanas en términos de tamaño, fuerza, velocidad, resistencia, alcance y agudeza visual, frecuencia y precisión de la audición, detección y efecto electromagnético, etc., las ventajas incluyen: [48]
Las principales desventajas de la automatización son:
La paradoja de la automatización dice que cuanto más eficiente es el sistema automatizado, más crucial es la contribución humana de los operadores. Los humanos están menos involucrados, pero su participación se vuelve más crítica. Lisanne Bainbridge , psicóloga cognitiva, identificó estos problemas en particular en su artículo ampliamente citado "Ironías de la automatización". [49] Si un sistema automatizado tiene un error, lo multiplicará hasta que se solucione o se apague. Aquí es donde entran los operadores humanos. [50] Un ejemplo fatal de esto fue el vuelo 447 de Air France , donde una falla en la automatización puso a los pilotos en una situación manual para la que no estaban preparados. [51]
Muchas funciones de los seres humanos en los procesos industriales actualmente quedan fuera del alcance de la automatización. El reconocimiento de patrones a nivel humano , la comprensión del lenguaje y la capacidad de producción del lenguaje están mucho más allá de las capacidades de los sistemas mecánicos e informáticos modernos (pero véase Computadora Watson ). Las tareas que requieren evaluación subjetiva o síntesis de datos sensoriales complejos, como olores y sonidos, así como tareas de alto nivel como la planificación estratégica, actualmente requieren experiencia humana. En muchos casos, el uso de seres humanos es más rentable que los enfoques mecánicos, incluso cuando es posible la automatización de tareas industriales. Por tanto, la gestión algorítmica como racionalización digital del trabajo humano en lugar de su sustitución ha surgido como una estrategia tecnológica alternativa. [53] Superar estos obstáculos es un camino teorizado hacia una economía posterior a la escasez . [54]
La mayor automatización a menudo hace que los trabajadores se sientan ansiosos por perder sus empleos, ya que la tecnología hace que sus habilidades o experiencia sean innecesarias. A principios de la Revolución Industrial , cuando invenciones como la máquina de vapor hacían prescindibles algunas categorías laborales, los trabajadores se resistieron enérgicamente a estos cambios. Los luditas , por ejemplo, eran trabajadores textiles ingleses que protestaron por la introducción de las máquinas de tejer destruyéndolas. [55] Más recientemente, algunos residentes de Chandler, Arizona , han cortado neumáticos y arrojado piedras a vehículos autónomos , en protesta por la percepción de que los vehículos son una amenaza para la seguridad humana y las perspectivas laborales. [56]
La relativa ansiedad sobre la automatización reflejada en las encuestas de opinión parece correlacionarse estrechamente con la fuerza del trabajo organizado en esa región o nación. Por ejemplo, mientras que un estudio del Pew Research Center indicó que el 72% de los estadounidenses están preocupados por el aumento de la automatización en el lugar de trabajo, el 80% de los suecos ve la automatización y la inteligencia artificial (IA) como algo bueno, debido a la todavía poderosa economía del país. sindicatos y una red de seguridad nacional más sólida . [57]
En Estados Unidos, el 47% de todos los empleos actuales tienen potencial para estar completamente automatizados para 2033, según la investigación de los expertos Carl Benedikt Frey y Michael Osborne. Además, los salarios y el nivel educativo parecen estar fuertemente correlacionados negativamente con el riesgo de que una ocupación sea automatizada. [58] Incluso los trabajos profesionales altamente calificados como abogado , médico , ingeniero o periodista corren el riesgo de automatización. [59]
Las perspectivas son particularmente sombrías para las ocupaciones que actualmente no requieren un título universitario, como la conducción de camiones. [60] Incluso en corredores de alta tecnología como Silicon Valley , se está extendiendo la preocupación por un futuro en el que un porcentaje considerable de adultos tenga pocas posibilidades de mantener un empleo remunerado. [61] "En The Second Machine Age, Erik Brynjolfsson y Andrew McAfee sostienen que "...nunca ha habido un mejor momento para ser un trabajador con habilidades especiales o la educación adecuada, porque estas personas pueden usar la tecnología para crear y capturar valor. . Sin embargo, nunca ha habido un peor momento para ser un trabajador que sólo tiene habilidades y habilidades "ordinarias" que ofrecer, porque las computadoras, los robots y otras tecnologías digitales están adquiriendo estas habilidades y habilidades a un ritmo extraordinario". [62] Como el ejemplo de Suecia sugiere, sin embargo, que la transición hacia un futuro más automatizado no tiene por qué inspirar pánico, si hay suficiente voluntad política para promover la recapacitación de los trabajadores cuyos puestos se están volviendo obsoletos.
Según un estudio de 2020 en el Journal of Political Economy , la automatización tiene fuertes efectos negativos en el empleo y los salarios: "Un robot más por cada mil trabajadores reduce la relación empleo-población en 0,2 puntos porcentuales y los salarios en un 0,42%". [63]
La investigación realizada por Carl Benedikt Frey y Michael Osborne de la Oxford Martin School argumentó que los empleados que realizan "tareas que siguen procedimientos bien definidos que pueden realizarse fácilmente mediante algoritmos sofisticados" corren el riesgo de ser desplazados, y el 47% de los empleos en los EE. UU. estaban en riesgo. El estudio, publicado como documento de trabajo en 2013 y publicado en 2017, predijo que la automatización pondría en mayor riesgo las ocupaciones físicas mal remuneradas, al encuestar a un grupo de colegas sobre sus opiniones. [64] Sin embargo, según un estudio publicado en McKinsey Quarterly [65] en 2015, el impacto de la informatización en la mayoría de los casos no es el reemplazo de empleados sino la automatización de partes de las tareas que realizan. [66] La metodología del estudio de McKinsey ha sido fuertemente criticada por ser poco transparente y basarse en evaluaciones subjetivas. [67] La metodología de Frey y Osborne ha sido objeto de críticas, por carecer de pruebas, conciencia histórica o metodología creíble. [68] [69] Además, la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico ( OCDE ) encontró que en los 21 países de la OCDE, el 9% de los empleos son automatizables. [70]
La administración Obama señaló que cada tres meses "alrededor del 6 por ciento de los empleos en la economía son destruidos por la reducción o el cierre de empresas, mientras que se agrega un porcentaje ligeramente mayor de empleos". [71] Un estudio económico reciente del MIT sobre la automatización en los EE. UU. entre 1990 y 2007 encontró que puede haber un impacto negativo en el empleo y los salarios cuando se introducen robots en una industria. Cuando se agrega un robot por cada mil trabajadores, la relación empleo-población disminuye entre 0,18 y 0,34 porcentajes y los salarios se reducen entre 0,25 y 0,5 puntos porcentuales. Durante el período estudiado, Estados Unidos no tenía muchos robots en la economía, lo que restringe el impacto de la automatización. Sin embargo, se espera que la automatización se triplique (estimación conservadora) o se cuadruplique (una estimación generosa), lo que hará que estas cifras sean sustancialmente más altas. [72]
Según una fórmula de Gilles Saint-Paul , economista de la Universidad de Toulouse 1 , la demanda de capital humano no calificado disminuye a un ritmo más lento que el aumento de la demanda de capital humano calificado. [73] A largo plazo y para la sociedad en su conjunto, ha dado lugar a productos más baratos, un promedio de horas de trabajo más bajo y la formación de nuevas industrias (es decir, industrias de robótica, industrias informáticas, industrias de diseño). Estas nuevas industrias proporcionan a la economía muchos empleos altamente remunerados y basados en habilidades. Para 2030, entre el 3 y el 14 por ciento de la fuerza laboral mundial se verá obligada a cambiar de categoría laboral debido a que la automatización eliminará puestos de trabajo en todo un sector. Si bien la cantidad de empleos perdidos debido a la automatización a menudo se compensa con empleos ganados gracias a los avances tecnológicos, el mismo tipo de pérdida de empleo no es el mismo que el que se reemplaza y que conduce a un aumento del desempleo en la clase media-baja. Esto ocurre en gran medida en Estados Unidos y los países desarrollados, donde los avances tecnológicos contribuyen a una mayor demanda de mano de obra altamente calificada, pero la demanda de mano de obra con salario medio continúa cayendo. Los economistas llaman a esta tendencia "polarización del ingreso", donde los salarios de los trabajadores no calificados disminuyen y los trabajadores calificados aumentan y se prevé que esto continúe en las economías desarrolladas. [74]
El desempleo se está convirtiendo en un problema en Estados Unidos debido a la tasa de crecimiento exponencial de la automatización y la tecnología. Según Kim, Kim y Lee (2017:1), "[un] estudio fundamental realizado por Frey y Osborne en 2013 predijo que el 47% de las 702 ocupaciones examinadas en los EE. UU. enfrentaban un alto riesgo de disminución de la tasa de empleo en los próximos 10 años. –25 años como resultado de la informatización." Dado que muchos puestos de trabajo se están volviendo obsoletos, lo que está provocando el desplazamiento de puestos de trabajo, una posible solución sería que el gobierno ayudara con un programa de renta básica universal (RBU). La RBU sería un ingreso garantizado y libre de impuestos de alrededor de 1.000 dólares al mes, pagado a todos los ciudadanos estadounidenses mayores de 21 años. La RBU ayudaría a aquellos que están desplazados a aceptar trabajos que paguen menos dinero y aun así permitirían sobrevivir. También daría a aquellos que tienen empleos que probablemente serán reemplazados por la automatización y la tecnología dinero extra para gastar en educación y capacitación en nuevas habilidades laborales exigentes. Sin embargo, la RBU debería verse como una solución a corto plazo, ya que no aborda plenamente la cuestión de la desigualdad de ingresos, que se verá exacerbada por el desplazamiento de empleos.
La fabricación sin luces es un sistema de producción sin trabajadores humanos, para eliminar los costos laborales.
La fabricación sin intervención humana creció en popularidad en Estados Unidos cuando General Motors implementó en 1982 la fabricación sin intervención humana para "reemplazar la burocracia reacia al riesgo con automatización y robots". Sin embargo, la fábrica nunca alcanzó el estado de "luces apagadas". [75]
La expansión de la fabricación sin luces requiere: [76]
Los costes de la automatización para el medio ambiente son diferentes dependiendo de la tecnología, producto o motor automatizado. Hay motores automatizados que consumen más recursos energéticos de la Tierra en comparación con los motores anteriores y viceversa. [ cita necesaria ] Las operaciones peligrosas, como la refinación de petróleo , la fabricación de productos químicos industriales y todas las formas de trabajo de metales , siempre fueron los primeros candidatos para la automatización. [ dudoso - discutir ] [ cita necesaria ]
La automatización de los vehículos podría tener un impacto sustancial en el medio ambiente, aunque la naturaleza de este impacto podría ser beneficiosa o perjudicial dependiendo de varios factores. Debido a que los vehículos automatizados tienen muchas menos probabilidades de sufrir accidentes en comparación con los vehículos conducidos por humanos, algunas precauciones integradas en los modelos actuales (como frenos antibloqueo o vidrio laminado ) no serían necesarias para las versiones autónomas. La eliminación de estas características de seguridad reduce el peso del vehículo y, junto con una aceleración y un frenado más precisos, así como un mapeo de rutas de bajo consumo de combustible, puede aumentar la economía de combustible y reducir las emisiones. A pesar de esto, algunos investigadores teorizan que un aumento en la producción de vehículos autónomos podría conducir a un auge en la propiedad y el uso de vehículos, lo que potencialmente podría anular cualquier beneficio ambiental de los vehículos autónomos si se usan con más frecuencia. [77]
También se cree que la automatización de hogares y electrodomésticos tiene un impacto en el medio ambiente. Un estudio sobre el consumo de energía de hogares automatizados en Finlandia mostró que los hogares inteligentes podrían reducir el consumo de energía monitoreando los niveles de consumo en diferentes áreas del hogar y ajustando el consumo para reducir las fugas de energía (por ejemplo, reduciendo automáticamente el consumo durante la noche cuando la actividad es baja). Este estudio, junto con otros, indicó que la capacidad del hogar inteligente para monitorear y ajustar los niveles de consumo reduciría el uso innecesario de energía. Sin embargo, algunas investigaciones sugieren que los hogares inteligentes podrían no ser tan eficientes como los hogares no automatizados. Un estudio más reciente ha indicado que, si bien el seguimiento y el ajuste de los niveles de consumo disminuyen el uso innecesario de energía, este proceso requiere sistemas de seguimiento que también consuman una cantidad de energía. La energía necesaria para hacer funcionar estos sistemas a veces anula sus beneficios, lo que genera poco o ningún beneficio ecológico. [78]
Otro cambio importante en la automatización es la mayor demanda de flexibilidad y convertibilidad en los procesos de fabricación . Los fabricantes exigen cada vez más la capacidad de pasar fácilmente de fabricar el Producto A a fabricar el Producto B sin tener que reconstruir completamente las líneas de producción . La flexibilidad y los procesos distribuidos han llevado a la introducción de vehículos guiados automatizados con navegación natural.
La electrónica digital también ayudó. La antigua instrumentación analógica fue reemplazada por equivalentes digitales que pueden ser más precisos y flexibles, y ofrecer un mayor margen para una configuración , parametrización y operación más sofisticadas. Esto fue acompañado por la revolución del bus de campo que proporcionó un medio en red (es decir, un solo cable) de comunicación entre los sistemas de control y la instrumentación a nivel de campo, eliminando el cableado.
Las plantas de fabricación discreta adoptaron estas tecnologías rápidamente. Las industrias de procesos más conservadoras, con ciclos de vida de planta más largos, han tardado más en adoptarlas y la medición y el control analógicos aún dominan. El creciente uso de Ethernet industrial en las fábricas está impulsando aún más estas tendencias, permitiendo que las plantas de fabricación se integren más estrechamente dentro de la empresa, a través de Internet si es necesario. La competencia global también ha aumentado la demanda de sistemas de fabricación reconfigurables . [79]
Los ingenieros ahora pueden tener control numérico sobre los dispositivos automatizados. El resultado ha sido una gama de aplicaciones y actividades humanas en rápida expansión. Las tecnologías asistidas por computadora (o CAx) sirven ahora como base para herramientas matemáticas y organizativas utilizadas para crear sistemas complejos. Ejemplos notables de CAx incluyen el diseño asistido por computadora (software CAD) y la fabricación asistida por computadora (software CAM). El diseño, análisis y fabricación mejorados de los productos permitidos por CAx ha sido beneficioso para la industria. [80]
La tecnología de la información , junto con la maquinaria y los procesos industriales , pueden ayudar en el diseño, implementación y monitoreo de sistemas de control. Un ejemplo de un sistema de control industrial es un controlador lógico programable (PLC). Los PLC son computadoras reforzadas especializadas que se utilizan con frecuencia para sincronizar el flujo de entradas de sensores y eventos (físicos) con el flujo de salidas a actuadores y eventos. [81]
Las interfaces hombre-máquina (HMI) o interfaces hombre-máquina (CHI), anteriormente conocidas como interfaces hombre-máquina , generalmente se emplean para comunicarse con PLC y otras computadoras. El personal de servicio que monitorea y controla a través de HMI puede recibir diferentes nombres. En los entornos de proceso industrial y fabricación, se les llama operadores o algo similar. En las salas de calderas y en los departamentos centrales de servicios públicos, se les llama ingenieros estacionarios . [82]
Existen diferentes tipos de herramientas de automatización:
El software de simulación de host (HSS) es una herramienta de prueba de uso común que se utiliza para probar el software del equipo. HSS se utiliza para probar el rendimiento del equipo en relación con los estándares de automatización de fábrica (tiempos de espera, tiempo de respuesta, tiempo de procesamiento). [83]
La automatización cognitiva, como subconjunto de la IA, es un género emergente de automatización habilitada por la computación cognitiva . Su principal preocupación es la automatización de tareas administrativas y flujos de trabajo que consisten en estructurar datos no estructurados . [84] La automatización cognitiva se basa en múltiples disciplinas: procesamiento del lenguaje natural , computación en tiempo real , algoritmos de aprendizaje automático , análisis de big data y aprendizaje basado en evidencia . [85]
Según Deloitte , la automatización cognitiva permite replicar las tareas y el juicio humanos "a velocidades rápidas y a una escala considerable". [86] Esas tareas incluyen:
El diseño asistido por computadora (CAD) con inteligencia artificial puede utilizar texto a 3D, imagen a 3D y video a 3D para automatizar el modelado 3D . [87] Las bibliotecas Ai CAD también podrían desarrollarse utilizando datos abiertos vinculados de esquemas y diagramas . [88] Los asistentes Ai CAD se utilizan como herramientas para ayudar a optimizar el flujo de trabajo. [89]
Tecnologías como los paneles solares , las turbinas eólicas y otras fuentes de energía renovables (junto con las redes inteligentes , las microrredes y el almacenamiento en baterías ) pueden automatizar la producción de energía.
Muchas operaciones agrícolas se automatizan con maquinaria y equipos para mejorar su diagnóstico, toma de decisiones y/o desempeño. La automatización agrícola puede aliviar la monotonía del trabajo agrícola, mejorar la puntualidad y la precisión de las operaciones agrícolas, aumentar la productividad y la eficiencia en el uso de los recursos, generar resiliencia y mejorar la calidad y seguridad de los alimentos. [90] El aumento de la productividad puede liberar mano de obra, permitiendo a los hogares agrícolas pasar más tiempo en otros lugares. [91]
La evolución tecnológica en la agricultura ha dado lugar a cambios progresivos hacia equipos digitales y robótica. [90] La mecanización motorizada que utiliza la potencia del motor automatiza el desempeño de operaciones agrícolas como el arado y el ordeño. [92] Con las tecnologías de automatización digital, también es posible automatizar el diagnóstico y la toma de decisiones de las operaciones agrícolas. [90] Por ejemplo, los robots de cultivo autónomos pueden cosechar y sembrar cultivos, mientras que los drones pueden recopilar información para ayudar a automatizar la aplicación de insumos. [91] La agricultura de precisión a menudo emplea este tipo de tecnologías de automatización [91]
La mecanización motorizada ha aumentado en general en los últimos años. [93] El África subsahariana es la única región donde la adopción de la mecanización motorizada se ha estancado en las últimas décadas. [94] [91]
Las tecnologías de automatización se utilizan cada vez más para la gestión del ganado, aunque faltan pruebas de su adopción. Las ventas mundiales de sistemas de ordeño automático han aumentado en los últimos años, [95] pero es probable que su adopción se produzca principalmente en el norte de Europa, [96] y probablemente sea casi ausente en los países de ingresos bajos y medios. [97] [91] También existen máquinas de alimentación automatizadas tanto para vacas como para aves de corral, pero los datos y la evidencia sobre las tendencias y los impulsores de su adopción también son escasos. [91] [93]
Muchos supermercados e incluso tiendas más pequeñas están introduciendo rápidamente sistemas de autopago, lo que reduce la necesidad de emplear trabajadores en las cajas. En EE. UU., la industria minorista emplea a 15,9 millones de personas en 2017 (alrededor de 1 de cada 9 estadounidenses en la fuerza laboral). A nivel mundial, se estima que 192 millones de trabajadores podrían verse afectados por la automatización según una investigación de Eurasia Group . [98]
Las compras en línea podrían considerarse una forma de venta minorista automatizada, ya que el pago y la compra se realizan a través de un sistema automatizado de procesamiento de transacciones en línea , y la participación de la contabilidad minorista en línea saltó del 5,1% en 2011 al 8,3% en 2016. [ cita necesaria ] Sin embargo, dos -En la actualidad, un tercio de los libros, la música y las películas se compran online. Además, la automatización y las compras en línea podrían reducir la demanda de centros comerciales y propiedades minoristas, que actualmente se estima que en Estados Unidos representan el 31% de todas las propiedades comerciales o alrededor de 7 mil millones de pies cuadrados (650 millones de metros cuadrados). Amazon ha obtenido gran parte del crecimiento de las compras en línea en los últimos años, representando la mitad del crecimiento del comercio minorista en línea en 2016. [98] Otras formas de automatización también pueden ser una parte integral de las compras en línea, por ejemplo, la implementación de sistemas automatizados. Robótica de almacén como la que aplica Amazon mediante Kiva Systems .
La industria minorista de alimentos ha comenzado a aplicar la automatización al proceso de pedido; McDonald's ha introducido sistemas de pago y pedidos con pantalla táctil en muchos de sus restaurantes, reduciendo la necesidad de tantos empleados de caja. [99] La Universidad de Texas en Austin ha introducido cafeterías minoristas totalmente automatizadas. [100] Algunas cafeterías y restaurantes han utilizado " aplicaciones " móviles y tabletas para hacer que el proceso de pedido sea más eficiente para que los clientes realicen pedidos y paguen en su dispositivo. [101] Algunos restaurantes han automatizado la entrega de alimentos a las mesas de los clientes utilizando un sistema de cinta transportadora . En ocasiones se recurre al uso de robots para sustituir al personal de servicio . [102]
La automatización en la construcción es la combinación de métodos, procesos y sistemas que permiten una mayor autonomía de las máquinas en las actividades de construcción. La automatización de la construcción puede tener múltiples objetivos, incluidos, entre otros, reducir las lesiones en el lugar de trabajo , disminuir los tiempos de finalización de las actividades y ayudar con el control y la garantía de calidad . [103]
La minería automatizada implica la eliminación de mano de obra humana del proceso minero . [104] La industria minera se encuentra actualmente en la transición hacia la automatización. Actualmente, todavía puede requerir una gran cantidad de capital humano , particularmente en el tercer mundo donde los costos laborales son bajos, por lo que hay menos incentivos para aumentar la eficiencia a través de la automatización.
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ( DARPA ) inició la investigación y el desarrollo del programa de vigilancia y monitoreo visual automatizado (VSAM), entre 1997 y 1999, y programas de videovigilancia aérea (AVS), de 1998 a 2002. Actualmente, existe una importante esfuerzo en marcha en la comunidad de la visión para desarrollar un sistema de vigilancia de seguimiento totalmente automatizado . La videovigilancia automatizada monitorea personas y vehículos en tiempo real en un entorno concurrido. Los sistemas de vigilancia automatizados existentes se basan en el entorno para el que están diseñados principalmente para observar, es decir, interior, exterior o aéreo, el número de sensores que el sistema automatizado puede manejar y la movilidad de los sensores, es decir, cámara fija frente a cámara móvil. El propósito de un sistema de vigilancia es registrar propiedades y trayectorias de objetos en un área determinada, generar advertencias o notificar a las autoridades designadas en caso de ocurrencia de eventos particulares. [105]
A medida que crecieron las demandas de seguridad y movilidad y se multiplicaron las posibilidades tecnológicas, también creció el interés por la automatización. Con el objetivo de acelerar el desarrollo y la introducción de vehículos y carreteras totalmente automatizados, el Congreso de los Estados Unidos autorizó más de 650 millones de dólares durante seis años para sistemas de transporte inteligentes (ITS) y proyectos de demostración en la Ley de Eficiencia del Transporte Intermodal de Superficie (ISTEA) de 1991 . El Congreso legisló en ISTEA que: [106]
[E]l Secretario de Transporte desarrollará un prototipo de vehículo y carretera automatizado a partir del cual se puedan desarrollar futuros sistemas inteligentes de vehículo-carretera totalmente automatizados. Dicho desarrollo incluirá la investigación de factores humanos para garantizar el éxito de la relación hombre-máquina. El objetivo de este programa es tener en funcionamiento la primera carretera totalmente automatizada o una pista de prueba automatizada para 1997. Este sistema permitirá la instalación de equipos en vehículos de motor nuevos y existentes.
La automatización total se define comúnmente como la que no requiere control o que el control es muy limitado por parte del conductor; dicha automatización se lograría mediante una combinación de sensores, computadoras y sistemas de comunicaciones en los vehículos y a lo largo de la carretera. La conducción totalmente automatizada permitiría, en teoría, un espaciamiento más reducido entre los vehículos y velocidades más altas, lo que podría mejorar la capacidad del tráfico en lugares donde la construcción de carreteras adicionales es físicamente imposible, políticamente inaceptable o prohibitivamente costosa. Los controles automatizados también podrían mejorar la seguridad vial al reducir la posibilidad de error del conductor, que causa una gran proporción de accidentes automovilísticos. Otros beneficios potenciales incluyen una mejor calidad del aire (como resultado de flujos de tráfico más eficientes), una mayor economía de combustible y tecnologías derivadas generadas durante la investigación y el desarrollo relacionados con los sistemas automatizados de carreteras. [107]
Los camiones de recogida de residuos automatizados evitan la necesidad de tantos trabajadores además de facilitar el nivel de mano de obra necesaria para prestar el servicio. [108]
La automatización de procesos de negocio (BPA) es la automatización basada en tecnología de procesos de negocio complejos . [109] Puede ayudar a racionalizar un negocio por simplicidad, lograr la transformación digital , aumentar la calidad del servicio , mejorar la prestación de servicios o contener los costos. BPA consiste en integrar aplicaciones, reestructurar recursos laborales y utilizar aplicaciones de software en toda la organización. La automatización de procesos robóticos (RPA; o RPAAI para RPA 2.0 autoguiada) es un campo emergente dentro de BPA y utiliza IA. Los BPA se pueden implementar en varias áreas comerciales, incluidos marketing, ventas y flujo de trabajo.
La domótica (también llamada domótica ) designa una práctica emergente de mayor automatización de electrodomésticos y funciones en viviendas residenciales, particularmente a través de medios electrónicos que permiten cosas impracticables, demasiado costosas o simplemente imposibles en las últimas décadas. El aumento en el uso de soluciones de automatización del hogar ha dado un giro que refleja la mayor dependencia de las personas de dichas soluciones de automatización. Sin embargo, es destacable el mayor confort que se consigue con estas soluciones de automatización. [110]
La automatización es esencial para muchas aplicaciones científicas y clínicas. [111] Por lo tanto, la automatización se ha empleado ampliamente en los laboratorios. Ya desde 1980 funcionan laboratorios totalmente automatizados. [112] Sin embargo, la automatización no se ha generalizado en los laboratorios debido a su alto costo. Esto puede cambiar con la capacidad de integrar dispositivos de bajo costo con equipos de laboratorio estándar. [113] [114] Los inyectores automáticos son dispositivos comunes utilizados en la automatización de laboratorios.
La automatización logística es la aplicación de software o maquinaria automatizada para mejorar la eficiencia de las operaciones logísticas . Normalmente, esto se refiere a operaciones dentro de un almacén o centro de distribución , con tareas más amplias realizadas por sistemas de ingeniería de la cadena de suministro y sistemas de planificación de recursos empresariales .
La automatización industrial se ocupa principalmente de la automatización de los procesos de fabricación , control de calidad y manipulación de materiales . Los controladores de uso general para procesos industriales incluyen controladores lógicos programables , módulos de E/S independientes y computadoras. La automatización industrial consiste en reemplazar la acción humana y las actividades manuales de comando-respuesta con el uso de equipos mecanizados y comandos de programación lógica. Una tendencia es el mayor uso de la visión artificial [115] para proporcionar funciones de inspección automática y guía de robots, otra es un aumento continuo en el uso de robots. La automatización industrial es simplemente necesaria en las industrias.
El auge de la automatización industrial está directamente relacionado con la " Cuarta Revolución Industrial ", más conocida ahora como Industria 4.0. Originaria de Alemania, la Industria 4.0 abarca numerosos dispositivos, conceptos y máquinas, [116] así como el avance del Internet industrial de las cosas (IIoT). Un " Internet de las cosas es una integración perfecta de diversos objetos físicos en Internet a través de una representación virtual". [117] Estos nuevos avances revolucionarios han llamado la atención sobre el mundo de la automatización desde una perspectiva completamente nueva y han mostrado formas de crecer para aumentar la productividad y la eficiencia en la maquinaria y las instalaciones de fabricación. La Industria 4.0 trabaja con IIoT y software/hardware para conectarse de una manera que (a través de tecnologías de comunicación ) agregue mejoras y mejore los procesos de fabricación. Poder crear una fabricación más inteligente, segura y avanzada ahora es posible con estas nuevas tecnologías. Abre una plataforma de fabricación que es más confiable, consistente y eficiente que antes. La implementación de sistemas como SCADA es un ejemplo de software que se lleva a cabo en la Automatización Industrial en la actualidad. SCADA es un software de recopilación de datos de supervisión, solo uno de los muchos utilizados en Automatización Industrial. [118] La Industria 4.0 cubre ampliamente muchas áreas en la fabricación y continuará haciéndolo a medida que pase el tiempo. [116]
La robótica industrial es una subrama de la automatización industrial que ayuda en diversos procesos de fabricación. Dichos procesos de fabricación incluyen mecanizado, soldadura, pintura, ensamblaje y manipulación de materiales, por nombrar algunos. [119] Los robots industriales utilizan diversos sistemas mecánicos, eléctricos y de software para permitir una alta precisión, exactitud y velocidad que superan con creces cualquier actuación humana. El nacimiento de los robots industriales se produjo poco después de la Segunda Guerra Mundial, cuando Estados Unidos vio la necesidad de una forma más rápida de producir bienes industriales y de consumo. [120] Los servos, la lógica digital y la electrónica de estado sólido permitieron a los ingenieros construir sistemas mejores y más rápidos y, con el tiempo, estos sistemas se mejoraron y revisaron hasta el punto en que un solo robot es capaz de funcionar las 24 horas del día con poco o ningún mantenimiento. En 1997, había 700.000 robots industriales en uso; el número aumentó a 1,8 millones en 2017 [121]. En los últimos años, la IA con robótica también se utiliza para crear una solución de etiquetado automático, utilizando brazos robóticos como aplicadores automáticos de etiquetas, y IA para el aprendizaje y detección de los productos a etiquetar. [122]
La automatización industrial incorpora controladores lógicos programables en el proceso de fabricación. Los controladores lógicos programables (PLC) utilizan un sistema de procesamiento que permite la variación de los controles de entradas y salidas mediante una programación sencilla. Los PLC utilizan memoria programable y almacenan instrucciones y funciones como lógica, secuenciación, temporización, conteo, etc. Utilizando un lenguaje basado en lógica, un PLC puede recibir una variedad de entradas y devolver una variedad de salidas lógicas, siendo los dispositivos de entrada sensores. y los dispositivos de salida son motores, válvulas, etc. Los PLC son similares a las computadoras, sin embargo, mientras las computadoras están optimizadas para cálculos, los PLC están optimizados para tareas de control y uso en entornos industriales. Están diseñados para que solo se necesiten conocimientos básicos de programación basada en lógica y para soportar vibraciones, altas temperaturas, humedad y ruido. La mayor ventaja que ofrecen los PLC es su flexibilidad. Con los mismos controladores básicos, un PLC puede operar una variedad de sistemas de control diferentes. Los PLC hacen innecesario volver a cablear un sistema para cambiar el sistema de control. Esta flexibilidad conduce a un sistema rentable para sistemas de control complejos y variados. [123]
Los PLC pueden variar desde pequeños dispositivos tipo "ladrillos de construcción" con decenas de E/S en una carcasa integral con el procesador, hasta grandes dispositivos modulares montados en bastidor con miles de E/S y que a menudo están conectados en red a otros PLC y Sistemas SCADA .
Se pueden diseñar para múltiples disposiciones de entradas y salidas (E/S) digitales y analógicas, rangos de temperatura extendidos, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a vibraciones e impactos. Los programas para controlar el funcionamiento de la máquina normalmente se almacenan en una memoria no volátil o con respaldo de batería .
Fue en la industria automotriz de Estados Unidos donde nació el PLC. Antes del PLC, la lógica de control, secuenciación y enclavamiento de seguridad para la fabricación de automóviles estaba compuesta principalmente por relés , temporizadores de levas , secuenciadores de tambor y controladores de circuito cerrado dedicados. Dado que estos podían ser cientos o incluso miles, el proceso de actualización de dichas instalaciones para el cambio de modelo anual consumía mucho tiempo y era costoso, ya que los electricistas debían recablear individualmente los relés para cambiar sus características operativas.
Cuando estuvieron disponibles las computadoras digitales, que eran dispositivos programables de propósito general, pronto se aplicaron para controlar la lógica secuencial y combinatoria en procesos industriales. Sin embargo, estas primeras computadoras requerían programadores especializados y un estricto control ambiental operativo de temperatura, limpieza y calidad de la energía. Para afrontar estos desafíos, se desarrolló el PLC con varios atributos clave. Toleraría el entorno del taller, admitiría entradas y salidas discretas (en forma de bits) de una manera fácilmente extensible, no requeriría años de capacitación para su uso y permitiría monitorear su operación. Dado que muchos procesos industriales tienen escalas de tiempo que se pueden abordar fácilmente con tiempos de respuesta de milisegundos, la electrónica moderna (rápida, pequeña y confiable) facilita enormemente la construcción de controladores confiables, y el rendimiento podría sacrificarse por la confiabilidad. [124]
La automatización asistida por agentes se refiere a la automatización utilizada por los agentes del centro de llamadas para atender las consultas de los clientes. El beneficio clave de la automatización asistida por agentes es el cumplimiento y la prevención de errores. En ocasiones, los agentes no están completamente capacitados o olvidan o ignoran pasos clave del proceso. El uso de la automatización garantiza que lo que se supone que debe suceder en la llamada realmente suceda en todo momento. Hay dos tipos básicos: automatización de escritorio y soluciones de voz automatizadas.
Básicamente, existen dos tipos de bucle de control: control de bucle abierto (feedforward) y control de bucle cerrado (feedback).
En el control de bucle abierto, la acción de control del controlador es independiente de la "salida del proceso" (o "variable de proceso controlada"). Un buen ejemplo de esto es una caldera de calefacción central controlada únicamente por un temporizador, de modo que se aplica calor durante un tiempo constante, independientemente de la temperatura del edificio. La acción de control es el encendido/apagado de la caldera, pero la variable controlada debe ser la temperatura del edificio, pero no es así porque se trata de un control de bucle abierto de la caldera, que no proporciona un control de bucle cerrado de la temperatura.
En el control de circuito cerrado, la acción de control del controlador depende de la salida del proceso. En el caso de la analogía de la caldera, esto incluiría un termostato para monitorear la temperatura del edificio y, por lo tanto, enviar una señal para garantizar que el controlador mantenga el edificio a la temperatura establecida en el termostato. Por lo tanto, un controlador de circuito cerrado tiene un circuito de retroalimentación que garantiza que el controlador ejerza una acción de control para proporcionar una salida del proceso igual a la "entrada de referencia" o "punto de ajuste". Por este motivo, los controladores de bucle cerrado también se denominan controladores de retroalimentación. [125]
La definición de un sistema de control de circuito cerrado según la British Standards Institution es "un sistema de control que posee retroalimentación de monitoreo, utilizándose la señal de desviación formada como resultado de esta retroalimentación para controlar la acción de un elemento de control final de tal manera que tienden a reducir la desviación a cero." [126]
Asimismo; "Un sistema de control de retroalimentación es un sistema que tiende a mantener una relación prescrita de una variable del sistema con otra comparando funciones de estas variables y utilizando la diferencia como medio de control". [127]Uno de los tipos de control más simples es el control on-off . Un ejemplo es un termostato utilizado en electrodomésticos que abren o cierran un contacto eléctrico. (Los termostatos se desarrollaron originalmente como verdaderos mecanismos de control de retroalimentación en lugar del termostato de encendido y apagado común de los electrodomésticos).
Control de secuencia, en el que se realiza una secuencia programada de operaciones discretas , a menudo basada en la lógica del sistema que involucra estados del sistema. Un sistema de control de ascensor es un ejemplo de control de secuencia.
Un controlador proporcional-integral-derivativo (controlador PID) es un mecanismo de retroalimentación de bucle de control ( controlador ) ampliamente utilizado en sistemas de control industrial .
En un bucle PID, el controlador calcula continuamente un valor de error como la diferencia entre un punto de ajuste deseado y una variable de proceso medida y aplica una corrección basada en términos proporcional , integral y derivativo , respectivamente (a veces denominados P , I y D ) que dé su nombre al tipo de controlador.
La comprensión teórica y la aplicación datan de la década de 1920 y se implementan en casi todos los sistemas de control analógicos; originalmente en controladores mecánicos, luego usando electrónica discreta y más tarde en computadoras de procesos industriales.
El control secuencial puede ser una secuencia fija o una lógica que realizará diferentes acciones dependiendo de los diversos estados del sistema. Un ejemplo de una secuencia ajustable pero fija es el temporizador de un aspersor de césped.
Los estados se refieren a las diversas condiciones que pueden ocurrir en un escenario de uso o secuencia del sistema. Un ejemplo es un ascensor, que utiliza lógica basada en el estado del sistema para realizar ciertas acciones en respuesta a su estado y a la entrada del operador. Por ejemplo, si el operador presiona el botón del piso n, el sistema responderá dependiendo de si el ascensor está parado o en movimiento, subiendo o bajando, o si la puerta está abierta o cerrada, y otras condiciones. [128]
El desarrollo temprano del control secuencial fue la lógica de relés , mediante la cual los relés eléctricos activan contactos eléctricos que inician o interrumpen la alimentación de un dispositivo. Los relés se utilizaron por primera vez en redes telegráficas antes de desarrollarse para controlar otros dispositivos, como al arrancar y detener motores eléctricos de tamaño industrial o abrir y cerrar válvulas solenoides . El uso de relés con fines de control permitió el control impulsado por eventos, donde las acciones podrían activarse fuera de secuencia, en respuesta a eventos externos. Estos eran más flexibles en su respuesta que los rígidos temporizadores de levas de secuencia única . Ejemplos más complicados involucraron el mantenimiento de secuencias seguras para dispositivos como controles de puentes giratorios, donde era necesario desenganchar un perno de bloqueo antes de poder mover el puente, y el perno de bloqueo no se podía soltar hasta que las puertas de seguridad ya se hubieran cerrado.
El número total de relés y temporizadores de levas puede ascender a cientos o incluso miles en algunas fábricas. Se necesitaban las primeras técnicas y lenguajes de programación para hacer que tales sistemas fueran manejables, uno de los primeros fue la lógica de escalera , donde los diagramas de los relés interconectados se parecían a los peldaños de una escalera. Posteriormente se diseñaron computadoras especiales llamadas controladores lógicos programables para reemplazar estos conjuntos de hardware con una sola unidad más fácil de reprogramar.
En un típico circuito de arranque y parada de motor cableado (llamado circuito de control ), un motor se arranca presionando un botón de "Arranque" o "Ejecutar" que activa un par de relés eléctricos. El relé de "bloqueo" bloquea los contactos que mantienen el circuito de control energizado cuando se suelta el botón. (El botón de arranque es un contacto normalmente abierto y el botón de parada es un contacto normalmente cerrado). Otro relé energiza un interruptor que alimenta el dispositivo que activa el interruptor de arranque del motor (tres juegos de contactos para energía industrial trifásica) en la red principal. circuito de potencia. Los motores grandes utilizan alto voltaje y experimentan una alta corriente de entrada, lo que hace que la velocidad sea importante para establecer y romper el contacto. En el caso de interruptores manuales, esto puede ser peligroso para el personal y la propiedad. Los contactos de "bloqueo" en el circuito de arranque y los contactos de alimentación principal del motor se mantienen activados por sus respectivos electroimanes hasta que se presiona un botón de "parada" o "apagado", que desenergiza el relé de bloqueo. [129]
Comúnmente se agregan enclavamientos a un circuito de control. Supongamos que el motor del ejemplo impulsa una maquinaria que tiene una necesidad crítica de lubricación. En este caso, se podría agregar un enclavamiento para garantizar que la bomba de aceite esté funcionando antes de que arranque el motor. Los temporizadores, los interruptores de límite y los ojos eléctricos son otros elementos comunes en los circuitos de control.
Las válvulas solenoides se utilizan ampliamente en aire comprimido o fluido hidráulico para accionar actuadores en componentes mecánicos . Si bien los motores se utilizan para proporcionar un movimiento giratorio continuo , los actuadores suelen ser una mejor opción para crear de forma intermitente un rango limitado de movimiento para un componente mecánico, como mover varios brazos mecánicos, abrir o cerrar válvulas , levantar rodillos de presión pesados, aplicar presión a prensas.
Las computadoras pueden realizar tanto control secuencial como control de retroalimentación y, por lo general, una sola computadora hará ambas cosas en una aplicación industrial. Los controladores lógicos programables (PLC) son un tipo de microprocesador de propósito especial que reemplazó muchos componentes de hardware, como temporizadores y secuenciadores de tambor utilizados en sistemas de tipo lógico de relé. Las computadoras de control de procesos de propósito general han reemplazado cada vez más a los controladores independientes, con una sola computadora capaz de realizar las operaciones de cientos de controladores. Las computadoras de control de procesos pueden procesar datos de una red de PLC, instrumentos y controladores para implementar un control típico (como PID) de muchas variables individuales o, en algunos casos, implementar algoritmos de control complejos utilizando múltiples entradas y manipulaciones matemáticas. También pueden analizar datos y crear pantallas gráficas en tiempo real para operadores y ejecutar informes para operadores, ingenieros y gerentes.
El control de un cajero automático (ATM) es un ejemplo de un proceso interactivo en el que una computadora realizará una respuesta derivada de la lógica a una selección de usuario basada en información recuperada de una base de datos en red. El proceso de cajero automático tiene similitudes con otros procesos de transacciones en línea. Las diferentes respuestas lógicas se denominan escenarios . Estos procesos suelen diseñarse con la ayuda de casos de uso y diagramas de flujo , que guían la escritura del código del software. El primer mecanismo de control por retroalimentación fue el reloj de agua inventado por el ingeniero griego Ctesibius (285-222 a. C.).
de lógica
de estado sólido
de paquete pequeño
(como "
y
", "
o
", "
no
") y de unidades
de instrumentación
(temporizadores, amplificadores, etc.). Parecería ser un buen caso para que los distintos fabricantes estandaricen detalles prácticos como el montaje, las conexiones y las fuentes de alimentación, de modo que un
"
Simatic "
de Siemens
, por ejemplo, sea directamente intercambiable con un
Ateliers des Constructions Electronique de Charleroi
"
Logacec
". un
Telefunken
"Logistat", o un
Mullard
"
Norbit
" o "
Combi-element
". […]
Muy pocas ocupaciones se automatizarán en su totalidad en el corto o mediano plazo. Más bien, es más probable que ciertas actividades estén automatizadas...
La automatización impulsada por la tecnología afectará a casi todas las ocupaciones y puede cambiar el trabajo, según una nueva investigación de McKinsey.
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactive as of April 2024 (link)
Este artículo incorpora texto de un trabajo de contenido gratuito . Licenciado bajo CC BY-SA 3.0 (declaración/permiso de licencia). Texto extraído de En resumen de El estado mundial de la agricultura y la alimentación 2022: Aprovechar la automatización en la agricultura para transformar los sistemas agroalimentarios, FAO, FAO.
Definiciones de Wikcionario
Medios de los comunes
Citas de Wikiquote
Recursos de Wikiversidad