información general de la...
TRANSCRIPT
Información General de la Ponencia
IDENTIFICACIÓN DEL PONENTE
Nombre completo del
ponente: Juan Carlos Mantilla Saavedra
País donde reside: Colombia Nº de documento de
identidad: 91473066
Universidad: Universidad Pontificia Bolivariana – Seccional Bucaramanga
Teléfono de contacto: 6796220 Ext. 473 Email: [email protected]
DATOS DE LA PONENCIA
Título Integración de facultades de ingeniería de la Universidad Pontificia
Bolivariana Seccional Bucaramanga en torno a la automatización de procesos
industriales.
Autor principal (Nombre
completo) Juan Carlos Mantilla Saavedra
Co-autores
(Nombre completo) Leidy Johanna Olarte Silva y Alba Soraya Aguilar Jiménez
Eje temático en el que se
inscribe Educación y Pedagogía
RESUMEN DEL PERFIL DEL AUTOR PRINCIPAL
Ingeniero Electrónico de la Universidad Pontificia Bolivariana, 1999. Especialista en Control e Instrumentación
Industrial, 2009. Coordinador y Docente de la Especialización en Control e Instrumentación Industrial de la UPB
Seccional Bucaramanga desde 2011. Docente de Planta de pregrado para las facultades de Ingeniería Electrónica
e Ingeniería Industrial de la UPB desde el año 2003. Área de Trabajo: Instrumentación Industrial. Experiencia
Sector Industrial: ECOPETROL, LECHESAN, AMB, GPI, INDETEC. Integrante del grupo de investigación en
Control Industrial de la facultad de Ingeniería Electrónica.
Integración de facultades de ingeniería de la Universidad Pontificia
Bolivariana Seccional Bucaramanga en torno a la automatización de
procesos industriales.
Leidy Johanna Olarte Silva1, Juan Carlos Mantilla Saavedra
2, Alba Soraya Aguilar
Jimenez3
1 Facultad de Ingeniería Industrial, Universidad Pontificia Bolivariana, Seccional Bucaramanga, Edificio K,
Km 7 Vía Piedecuesta, [email protected] 2 Facultad de Ingeniería Electrónica, Universidad Pontificia Bolivariana, Seccional Bucaramanga, Edificio K,
Km 7 Vía Piedecuesta. [email protected]
3 Facultad de Ingeniería Industrial, Universidad Pontificia Bolivariana, Seccional Bucaramanga, Edificio K,
Km 7 Vía Piedecuesta. [email protected]
Resumen
Dada la tendencia mundial en la integración de los procesos productivos con los
administrativos en las organizaciones, buscando la optimización de las operaciones de
producción y contemplando las nuevas competencias que demandan los profesionales que
trabajan en el área, este documento presenta la experiencia en la conceptualización, diseño e
implementación de una línea de profundización disciplinar en el área de automatización
integrada de procesos para las Facultades de Ingeniería Industrial, Mecánica y Electrónica de
la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga.
La experiencia presentada muestra el proceso de maduración del proyecto de ingeniería, así
como los resultados obtenidos en términos académicos y tecnológicos que se materializan en
un “Laboratorio de Automatización de Procesos Industriales” adscrito a las tres facultades
involucradas.
Palabras clave: Automatización, CIM, Integración de Laboratorios, Manufactura Integrada
por Computador.
Abstract.
Given the global trend in the integration of production processes in administrative
organizations, seeking to optimize production operations and contemplating the new skills
demanded by professionals working in the area, this paper presents the experience in
conceptualizing, design and implementation of a deeper line discipline in the area of integrated
process automation for the Schools of Industrial Engineering, Mechanical and Electronics of
the Universidad Pontificia Bolivariana - Sectional Bucaramanga.
The experience presented shows the maturation process of the engineering project and the
results of academic and technological terms that materialize into a "Laboratory Automation
Process" attached to the three faculties involved.
Keywords: Automation, Computer Integrated Manufacturing, CIM, Integration
Laboratories.
Introducción
La evolución de la sociedad a nivel mundial ha venido motivando cambios asociados a las
exigencias en la formación profesional, lo que ha llevado a las universidades a desarrollar
estrategias novedosas que les permitan responder de manera asertiva a las necesidades de
formación que el entorno demanda. El compromiso de la Universidad con procesos
formativos de calidad incluye generar espacios propicios para cumplir con los
requerimientos formativos de los futuros profesionales, cambios que en gran medida han
estado condicionados y estrechamente unidos a la tecnología.
Dada la tendencia mundial hacia la integración de procesos productivos con los
administrativos en las organizaciones buscando la optimización de las operaciones de
producción, se busca que el futuro profesional tenga contacto directo con procesos
automatizados desde la universidad, ya que serán este tipo de procesos los que muy
probablemente encontrará en su práctica laboral.
En este sentido, el documento presenta la experiencia en la conceptualización, diseño e
implementación de una línea de profundización disciplinar en el área de automatización
integrada de procesos para las Facultades de Ingeniería Industrial, Mecánica y Electrónica
de la Universidad Pontificia Bolivariana seccional Bucaramanga. La experiencia presentada
muestra el proceso de maduración del proyecto de ingeniería, así como los resultados
obtenidos en términos académicos y tecnológicos que se materializan en un "Laboratorio de
Automatización de procesos industriales" adscrito a las tres facultades involucradas.
1. Marco teórico
1.1. Automatización
Se entiende por Automatización la ejecución automática de trabajos industriales,
administrativos o científicos sin interacción humana. (Larousse, 2008) El principal objetivo
de la automatización es producir el mejor producto a costo más bajo exigiendo que las
distintas funciones de una planta trabajen juntas como si fueran una entidad (Piedrafita,
2001).
La pirámide de automatización está soportada en el modelo de Manufactura Integrada por
Computador (CIM - Computer Integrated Manufacturing), la cual, según el Instituto
Nacional de Estándares y Tecnología (NIST – National Institute of Standards and
Technology), enlaza los procesos de producción (diseño, ingeniería y fabricación), con los
de gestión de la empresa (planeación y administración), mediante un nivel conocido como
Sistema de Ejecución de Manufactura (MES - Manufacturing Execution System), que tiene
como objetivo contribuir a ejecutar eficientemente el plan operativo de la empresa.
(Navarro, 2010 y Armesto, 2008)
El modelo CIM es la estructura base de la automatización integrada. Conceptualmente es
único y como se aprecia en la Figura 1, su estructura piramidal jerarquizada es fácilmente
identificable, aunque sus niveles varíen en nombre y número de pisos dependiendo de la
organización que los propone, del grado de especificación que se le quiere dar, de la
arquitectura tecnológica ofrecida comercialmente como solución integral de
automatización, o simplemente por el proceso de adaptación a una estructura
organizacional específica. (Navarro, 2010 y Armesto, 2008)
Figura 1. Modelo CIM según NIST
El modelo CIM está constituido por cinco niveles a saber:
1.1.1 Nivel de Proceso e Instrumentación.
Comprende el conjunto de subprocesos, instrumentos y maquinaria en general, con que se
realizan las operaciones de producción en la empresa. En este nivel se adquieren las
variables del proceso mediante sensores situados en él, y se actúa sobre elementos finales
de control. (Navarro, 2010)
1.1.2 Nivel Sistema de Control.
En este nivel se encuentran los Controladores Lógicos Programables (PLC`s), Unidades
Terminales Remotas (RTU´s), Sistemas de Control Distribuido (DCS) y demás dispositivos
electrónicos de control. En suma, constituyen los elementos de mando y control de la
maquinaria del nivel de proceso e instrumentación. (Rodríguez, 2007 y García, 2001)
1.1.3 Nivel Sistema SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition).
Es el nivel de supervisión y control. En este nivel, bien por medios humanos o
informáticos, se realizan las siguientes tareas: Adquisición y tratamiento de datos,
supervisión del control del proceso, control de obra en curso y gestión de alarmas y
asistencias, entre otras. Dependiendo de la filosofía de control de la empresa, este nivel
emite órdenes de ejecución al nivel sistema de control y recibe situaciones de estado de
dicho nivel. Igualmente recibe los programas de producción, calidad, mantenimiento, etc.,
del nivel superior (MES) y realimenta dicho nivel con las incidencias (estado de órdenes de
trabajo, situación de máquinas, estado de la obra en curso, etc.) ocurridas en planta.
(Rodríguez, 2007)
1.1.4 Nivel Sistema MES.
Los sistemas MES (Manufacturing Execution Systems) o Sistemas de Ejecución de
Manufactura, son principalmente sistemas informáticos en línea que proporcionan
herramientas para llevar a cabo las distintas actividades de la administración de la
producción. Gráficamente se describe como se aprecia en la Figura 2.
Figura 2. Modelo del Sistema MES según MESA International
1.1.5 Nivel Sistema ERP.
En este nivel se lleva a cabo la gestión e integración de los niveles inferiores; considerando
principalmente los aspectos de la empresa desde el punto de vista de su gestión global, tales
como compras, ventas, comercialización, objetivos estratégicos, planificación a mediano y
largo plazo, investigación, etc. El sistema ERP (Enterprise Resource Planning), ó sistema
de Planeación de Recursos Empresariales, hace parte de los niveles de gestión empresarial,
donde además también se encuentran aplicaciones de negocio conocidas como: CRM
(Customer Relationship Management) o Administración de las Relaciones con el Cliente,
PLM (Product Lifecycle Management) o Administración del Ciclo de Vida del Producto y
SCM (Supply Chain Management) o Administración de la Cadena de Suministros.
La tendencia mundial en la optimización de las operaciones y recursos de una organización
está orientada hacia los conceptos de automatización integrada, que se plasman en la norma
ANSI/ISA 95. Dicha norma plantea la integración entre los niveles operativos de una
organización (Fabricación+Ingeniería) con los niveles de gestión (Planeación de la
Producción y Recursos Empresariales).
A su vez y de acuerdo a los axiomas del NIST (Instituto Nacional de Estándares y
Tecnologías), un modelo de automatización integrada debe plantearse desde el nivel
gerencial hasta el nivel operativo, pero debe implementarse desde el nivel operativo hacia
el nivel gerencial, basado en modelos de gestión de proyectos que permitan un desarrollo
sincronizado y coherente entre cada uno de los niveles de la pirámide de automatización. Se
recomienda utilizar este mismo documento para elaborar la ponencia. Se trata de una
plantilla en la que se han definido estilos que facilitan la tarea de dar formato al documento.
2. Implementación del modelo CIM en laboratorios integrados de la escuela de
ingenierías de la UPB Seccional Bucaramanga
A partir del año 2006 la Universidad Pontificia Bolivariana Seccional Bucaramanga,
plantea una nueva etapa en el desarrollo de infraestructura para la docencia y la
investigación, y es así como la Facultad de Ingeniería Industrial junto con las Facultades de
Ingeniería Electrónica e Ingeniería Mecánica abordan el reto de diseñar y desarrollar
infraestructura con un alto componente tecnológico.
El alcance de este objetivo concibe la creación de un Laboratorio de Automatización de
Procesos Industriales, el cual opera dentro de una red integrada compuesta por los
laboratorios de Plantas Térmicas, Automatización de Procesos Agroindustriales,
Instrumentación, Control de Procesos y Robótica Industrial, Vibraciones y Aire
Acondicionado, Máquinas Eléctricas y Redes de Computadores, en donde se busca
interconectar los diferentes laboratorios de las facultades y unir esfuerzos para que desde
diferentes ópticas de ingeniería se utilicen los recursos de una manera óptima. Esta red fue
concebida en sus inicios como se muestra en la Figura 3.
Figura 3. Red Integrada de Laboratorios
2.1. Fases del proyecto
El proyecto ha consistido en el diseño, montaje, mantenimiento y mejora continua de la
línea de automatización para la Facultad de Ingeniería Industrial en asocio con la facultades
de Ingeniería Mecánica y Electrónica, desarrollado por los grupos de investigación de las
tres facultades, el cual se planificó con cuatro fases:
En la fase 1, de gestión (2006-2007) se conceptualiza la línea de automatización.
En la fase 2, se diseña una propuesta académica a partir de asignaturas Optativas para la
Facultad de Ingeniería Industrial (2007-2008), que soportará el desarrollo de
competencias en automatización integrada, en los estudiantes de la facultad de
ingeniería industrial.
En la fase 3, se inicia el diseño y desarrollo del espacio para el laboratorio, así como de
prototipos de procesos semiautomáticos con la conformación de un equipo
interdisciplinario de las tres ingenierías involucradas (2009-2011).
La fase 4 corresponde a la puesta en operación, desarrollo y ampliación de Tecnologías
del Laboratorio Integrado de Automatización de procesos industriales para las
facultades de ing. Industrial, Mecánica y Electrónica. (2010 -2014).
La ejecución de estas fases ha implicado el análisis, planeación e implementación de los
niveles del modelo CIM: 1) Implementación de procesos, 2) Implementación de sistemas
de control, 3) Implementación parcial del sistemas SCADA, 4) Implementación parcial de
sistemas de Gestión MES. Si bien no se ha llegado a la cima de la pirámide, sí se está
trabajando en proyectos piloto para el mejoramiento continuo de estos sistemas y la
implementación del nivel ERP.
2.2. Resultados del proceso
Los resultados del proyecto de implementación del Laboratorio de Automatización se
pueden agrupar en resultados a nivel tecnológico y a nivel académico.
A nivel tecnológico se desarrollaron:
Prototipos de procesos secuenciales a escala que se encuentran instrumentados y
manejados con sistemas de control básicos de proceso (BCPS) de distintas tecnologías
utilizadas a nivel comercial.
Proyectos de instrumentación de plantas piloto, laboratorios y prototipos con sensores
analógicos y digitales con tecnología de punta.
Laboratorios móviles basados en módulos didácticos con controladores e
instrumentación para entrenamiento.
Gabinetes de control que albergan los BPCS de proceso para prototipos, laboratorios y
plantas piloto, los que a su vez.
Sistemas SCADA y MES que se han implementado de acuerdo a las normas
internacionales y soportadas por software comercial.
Estos resultados se pueden observar en la Figura 4, donde se muestra el centro de control y
el área de prototipos del laboratorio, así como los gabinetes de control, módulos didácticos
y aplicaciones SCADA.
Figura 4. Aplicaciones a Nivel Tecnológico
A nivel académico y a partir de 2009, se han desarrollado las siguientes acciones:
Prácticas de laboratorio soportadas por guías para asignaturas de las facultades
involucradas en el proyecto de integración.
Proyectos y prácticas de pregrado y posgrado.
Pasantías internacionales con estudiantes del Instituto Tecnológico Superior de
Tantoyuca y el Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica de México y the
University of Erlangen-Nuremberg de Alemania.
Todas estas actividades han sido ejecutadas por las facultades involucradas, en las cuales
se ha hecho uso de los resultados tecnológicos y académicos para las asignaturas descritas
en la Tabla 1.
Tabla 1. Estadísticas del uso del Laboratorio de Automatización de Procesos de la UPB
FACULTAD ASIGNATURAS PREGRADO Y
POSGRADO
NÚMERO
DE
DOCENTES
NÚMERO DE
ESTUDIANTES
APROXIMADOS
Ingeniería
Industrial
o Introducción a la Ingeniería
Industrial.
o Automatización de Procesos de
Producción.
o Planeación y Control de la
Producción.
o Fundamentos para la
Instrumentación y Control
Industrial.
o Automatización de Procesos de
Producción.
o Gerencia de Proyectos de
Automatización Industrial.
12 911
Ingeniería
Electrónica
o Instrumentación Electrónica.
o Automatización de Procesos
Industriales.
o Redes Industriales.
o Autómatas programables.
7 1000
Ingeniería
Mecánica o Autómatas programables. 4 100
2.3. Lecciones aprendidas y buenas prácticas
Un proyecto de automatización integrada debe plantearse desde el nivel gerencial hasta el
nivel operativo, pero debe implementarse desde el nivel operativo hacia el nivel gerencial,
de acuerdo al NIST, basado en modelos de maduración de proyectos que involucran etapas
de gestación, ejecución y gestión de proyectos.
El proceso de desarrollo de prototipos a través de proyectos de grado requiere de un apoyo
de proveedores tecnológicos expertos en la etapa de construcción que garanticen acabados,
robustez e instalaciones adecuadas, con los requerimientos de instalación, operación y
seguridad planteados durante la etapa de diseño, ejecutada por estudiantes de tesis bajo la
supervisión de docentes.
El diseño de una buena ingeniería conceptual, básica y de detalle disminuye los costos y
tiempos de ejecución del proyecto.
No hay nada tan práctico en el mundo de la automatización como una buena
fundamentación teórica.
Conclusiones
El proyecto de desarrollo de infraestructura e integración mejora la gestión de los recursos
de las facultades, incrementa la flexibilidad de los planes de estudio, impulsa el avance,
pertinencia y actualización de los currículos, propende por el fortalecimiento de las líneas
de profundización disciplinares y grupos de investigación, y por último robustece la
articulación con los programas de especialización y maestría. Tales resultados posibilitan
una visión global de la automatización para las tres ingenierías involucradas, fomentando el
desarrollo de competencias tecnológicas requeridas por estudiantes y egresados para la
integración de procesos productivos y de gestión que está enfrentando el sector industrial
colombiano.
La automatización de procesos industriales plantea la integración de los diferentes campos
operativos y administrativos de una organización, lo que genera como consecuencia la
integración de tres ramas de la ingeniería encargadas de brindar soporte a dichos campos
(Ingeniería Mecánica, Ingeniería Electrónica e Ingeniería Industrial). Desde esta
perspectiva se diseñó y construyó el Laboratorio de Automatización de Procesos concebido
a partir del modelo CIM (proceso e instrumentación, control, SCADA, MES y ERP), con el
fin de propiciar espacios para que los estudiantes tengan contacto directo con procesos
automatizados reales que les permitan el desarrollo de competencias profesionales que
satisfagan las necesidades de la industria moderna.
El Laboratorio de Automatización de Procesos cuenta actualmente con prototipos
automatizados, laboratorios en red, prácticas de laboratorio estructuradas bajo una guía,
software que han facilitado el desarrollo de prácticas académicas tales como proyectos de
grado, prácticas de clase e incluso la realización de proyectos de investigación y pasantías
internacionales y nacionales, permitiendo el logro de objetivos institucionales de alto
impacto.
Referencias
Armesto Quiroga J.I. (2008). Memorias del Curso - Orientación Autómatas Programables.
Equipos para la Automatización Industrial. Universidad de Vigo, E.T.S.
(http://www.disa.uvigo.es/).
García Moreno, E. (2001). Automatización de procesos industriales. México: Alfaomega
grupo editorial.
Lara Vargas, F. A., & Mantilla Saavedra, J. C. (2013). Ingeniería conceptual para la
implementación del modelo de manufactura integrada por computador en las plantas de
tratamiento de agua por osmosis inversa modelo Clearwater.
Larousse. (2008). El Pequeño Larousse Ilustrado (The Small Illustrated Larousse). 15th ed.
Barcelona. 1824p.
MESA International. Manufacturing Enterprise Solutions Association. (http://
www.mesa.org)
Navarro Guarin, C.A. (2010). Sistemas de Ejecución de Manufactura en la Fabricación
Integrada por Computador y Prácticas de Laboratorio de Sistemas SCADA. Proyecto de
Grado. Facultad de Ingeniería Electrónica. Universidad Pontificia Bolivariana.
Opto 22 (2009). Networking the Real World. Información Técnica de la Arquitectura de
Automatización OPTO22 en CD. Temecula, USA.
Piedrafita Moreno, R. (2001). Ingeniería de la Automatización Industrial. SA de CV
México.
Rodríguez Penin, A. (2007). Sistemas SCADA. Segunda Edición. Editorial Alfaomega
Marcombo. ISBN 978-970-15-1305-7.