Análisis operativo de sistemas de control en plantas industriales de Mexicali
1.
INTRODUCCIÓN
Los sistemas de control (SC) son básicos en
cualquier actividad de la vida cotidiana, siendo los de tipo
industrial uno de los de mayor importancia por ser un gran apoyo
para los métodos utilizados en la manufactura en plantas
industriales (PI). Este estudio se enfoca a los SC utilizados en
empresas de la ciudad de Mexicali con alrededor de 150
maquiladoras [1], siendo en promedio el 80% las de tipo
electrónico y el resto de mecánica y
metalmecánica. En todas las PI se tienen equipos y
maquinas eléctricas y electrónicas que requieren de
SC para controlar parámetros importantes para la
obtención de un rendimiento operativo óptimo de los
sistemas industriales y tener el máximo control de la
calidad, para la satisfacción total del cliente. La
investigación consiste en evaluar el uso de los SC en tres
empresas de Mexicali, para determinar si los sistemas que
controlan los procesos industriales pueden seguir
utilizándose o ser obsoletos, con el fin de obtener un
mejor rendimiento de sus operaciones o ser reemplazados por
partes nuevas o en su totalidad para conservar siempre la
máxima productividad y calidad de los productos que se
fabrican en las PI. En cualquier análisis de SC, se
consideran la toma de decisiones de los directivos que desean en
la mayor parte de los casos, mantener el gran ahorro, utilizando
los SC hasta que dejen de operar [2]. Esto es de gran importancia
debido a que en ocasiones, ciertos se SC con anos de
antigüedad operan eficientemente y se pueden seguir
utilizando, y cuando sea económicamente viable sea
reemplazado por otro nuevo o de menor antigüedad para
incrementar la productividad. En el estudio de operatividad de
los SC en empresas de esta ciudad, se determina el método
de evaluación de su rendimiento productivo, para con ello
conocer en primera instancia si se puede realizar alguna
adaptación o eliminar alguna etapa, que se apoye al
mejoramiento del SC, o ser necesario su reemplazo total. En las
empresas evaluadas, se opto por la realización de mejoras
y evitar la compra de nuevos SC, para el ahorro en cada PI. Se
recopilo información en compañías de esta
ciudad, del nivel de operatividad de los sistemas de control
considerados obsoletos (SCCO), para principalmente elaborar sus
funciones, además del control de microclimas internos de
PI y control de la contaminación en sus interiores. Con
esto se determino el efecto a variaciones de factores
climáticas como humedad y temperatura y algunos
contaminantes del aire como sulfuros provenientes de fuentes
exteriores del tráfico vehicular, planta geotérmica
ubicada en los suburbios alrededor de 25 km de la ciudad y
lagunas de oxidación de desechos de empresas de Mexicali.
El reemplazo de conexiones y conectores eléctricos en
equipos y maquinaria industrial y de los SC, es importante para
evitar problemas de deterioro que ocasionen fallas
eléctricas, debido a problemas de corrosión
atmosférica en interiores de PI. Esto origina un avance
muy importante en la máxima eficiencia operativa de los SC
en conjunto con los sistemas industriales, para evitar grandes
gastos en los procesos de manufactura [3].
Productividad industrial
Toda empresa depende en gran parte de la maquinaria que
usa para fabricar su producto. La automatización nos
proporciona una visión muchísimo más amplia
de lo que puede ayudar a una PI, ya que se obtiene un proceso de
mecanización de las actividades industriales para reducir
la mano de obra, simplificar el trabajo para que ciertas
operaciones las realicen algunas maquinas de manera
automática, para tener un proceso más rápido
y eficiente. Una mayor eficiencia en el sector de maquinaria,
lograra que la empresa industrial disminuya la producción
de piezas defectuosas, y por lo tanto aumente una mayor calidad
en los productos que se logran mediante la exactitud de las
maquinas automatizadas. Todo esto ayudara a que la empresa
industrial mediante la utilización de inversiones
tecnológicas aumente toda su competitividad en un
porcentaje considerable con respecto a toda su competencia, y si
no se hace, la empresa puede sufrir el riesgo de quedarse
rezagado [4].
Historia de los SC
Las industrias de procesos continuos fueron las primeras
en aplicar el método de mantener las variables de proceso
en un determinado rango a fin de lograr los objetivos de
diseño. Las primeras industrias realizaban el control de
las variables en forma manual a través de operadores que
visualizaban el estado del proceso por medio de indicadores
ubicados en las etapas de fabricación con tuberías,
recipientes y equipos que se requerían controlar. Esta
descripción se ajusta en sus principios a lo que conocemos
como lazo cerrado de control o lazo realimentado
(feedback). El control manual era por supuesto
descentralizado. A medida que las plantas de producción
crecieron y se necesitaron de operaciones más complejas,
se requirió cada vez una mayor cantidad de mano de obra
[5]. El primer intento de reemplazar al ser humano en las tareas
de control se realizó a través de elementos
mecánicos. Mecanismos como las válvulas de control
de nivel flotante, permitieron liberar a los operadores de tener
que dedicarse a estas tareas. Sin embargo el hecho de que el
elemento mecánico de control estuviera ubicado
directamente sobre el proceso, mantenía la
obligación de ir al campo para conocer el verdadero estado
de las variables, así como dejaba expuesto al medio
ambiente (muchas veces agresivo) o a elementos de
regulación delicados. A medida que las plantas
crecían, fue surgiendo la necesidad de tener más
información en forma ordenada y accesible. Aparecieron
entonces, los primeros tableros de control, muchas veces ubicados
cerca de los equipos de proceso, y con frecuencia transportando
la variable a medir hasta el indicador instalado en el panel.
Esto no resolvió el problema del manejo de toda la planta
y traía ciertos riesgos, como tener elementos a
presión o fluidos riesgosos en los tableros
requería cuidados especiales [6].
Descripción de SC
Un SC consiste en subsistemas y procesos unidos por el
propósito de controlar señales de salida de los
procesos, siendo en su forma más simple, un dispositivo
electrónico que genera una respuesta o señal de
salida para un estímulo o señal de entrada. Dentro
de los SC, se identifican dos grandes tipos: los de lazo abierto
y de lazo cerrado [7]. Cada uno de estos tipos de sistemas tiene
sus propias características específicas,
diferenciándolos por sus aplicaciones diferentes. En los
SC de 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, la
señal de salida no tiene efecto sobre la acción de
control. En un sistema de lazo cerrado, las señales de
salida y de entrada están relacionadas mediante un
conexión de realimentación, a través del
cual la señal de salida influye sobre la de entrada,
tendiendo la señal de salida un efecto sobre la
acción de control. El sistema que usa un control
adaptativo es capaz de modificar su comportamiento como respuesta
a cambios en el sistema o a perturbaciones externas. Esto puede
ser la retroalimentación. El mecanismo de
adaptación presenta una solución en tiempo real al
problema de diseño para sistemas con parámetros
conocidos. La teoría de control robusto es una rama de que
incorpora la incertidumbre a su análisis y diseño.
Estos tipos de sistemas están diseñados para
funcionar mientras cierta variable incierta se encuentra dentro
de un rango predeterminado. El objetivo de este tipo de control
es lograr un sistema estable. A diferencia del control
adaptativo, el control robusto es estático; en lugar de
adaptar el sistema a cierto parámetro que cambia, el
controlador está diseñado para trabajar asumiendo
que ciertos parámetros cambiaran o serán
desconocidos, pero estarán dentro de cierto rango. El
control aplicado en la industria se conoce como control de
procesos y se ocupa del control de variables como temperatura,
presión, caudal, etc; en un proceso químico de una
planta [8].
Análisis de SC en Mexicali
En las PI instaladas en la ciudad de
Mexicali, existe una gran infinidad de operaciones donde se
utilizan los SC y en otras donde se pueden desarrollar sistemas
que controlen la mayor parte de las operaciones para ahorro de
energía, agua y otros factores que apoyen a mejorar la
eficiencia productiva en las empresas. En este estudio, se tuvo
la oportunidad de evaluar SC en diversas operaciones de
manufactura, y con el apoyo del personal operativo y
especializado se observaron las principales
características que conducían a la
implementación de SC y analizar su rendimiento operativo y
tiempo de vida. Esto nos ayudó a comprender del porque en
ocasiones los SCCO, se pueden seguir utilizando para evitar
grandes costos en estas áreas, para que los gastos sean
aplicados a otros departamentos o en ocasiones en bonos
económicos para los trabajadores [9]. Para la
recopilación de información estadística de
opiniones del uso de SCCO y SC nuevos, se tomaron datos que las
empresas aportaron del conocimiento por parte de personal
especializado y operativo. El objetivo de la
investigación, era conocer los periodos de longevidad de
los SC iniciando con datos de 0 a 5, 6 a 10, 11 a 15, 16 a 20 y
más de 20 años, para comprender de porque los
índices de productividad podrían variar desde
niveles de satisfacción y cumplimiento en calidad y
cantidad diaria, hasta en ocasiones obtener un poco más
del 50% de la productividad (Tabla 1).
Tabla 1. Eficiencia operativa (%) de SC
en PI de Mexicali en 2010 (Promedio 5
máquinas).
La tabla anterior muestra los niveles de
eficiencia productiva de las tres empresas evaluadas, siendo las
tres del ramo electrónico y la segunda con una mejor
capacidad productiva. De los datos recopilados, el 58% de los SC
tiene menos de 10 años, 33% entre 10 y 20 años y 8
% más de años. El promedio de antigüedad en
los sistemas de las empresas es menor a 20 años, incluso,
la mayoría de los sistemas son menores de 10 años.
Los principales factores de eficiencia operativa, eran las
limitaciones que presentaban los sistemas que utilizaban, siendo
67% eficiente, 25% era problema de soporte del fabricante y 8% de
la inexperiencia de operación de los SC. Las PI consideran
como principal problema en la tecnologías más
antiguas la eficiencia productiva, algunos mencionan que
comienzan a dejar de cumplir con los objetivos por que son muy
lentas para trabajar o el producto final ya no presenta una
calidad óptima. Se observó también que en
muchas ocasiones es difícil conseguir que se reparen estas
máquinas ya que el fabricante no cuenta con partes de
reemplazo. El 91% de las áreas evaluadas, consideraba
importante mantener esta tecnología de soporte, a pesar de
que las tecnologías antiguas tienen ciertas limitaciones,
no dejan de ser, finalmente, producción, lo cual se
traduce en dinero para la empresa, y mientras dicha
máquina siga funcionando, esa máquina se queda en
la PI. Los datos muestran que las empresas piensan que mantener
sistemas viejos en las compañías tiene beneficios,
entre ellos los bajos costos y la producción extra que
estas pueden realizar para la empresa. Aunque las empresas
están conscientes de que los sistemas antiguos tienen
limitaciones, los beneficios de seguirlos utilizando son mayores
que las limitaciones. Los resultados obtenidos el concluir la
investigación apuntan a que una empresa en concreto no
tiene una edad específica para considerar a un sistema
como obsoleto, más bien se basan puramente en la necesidad
de la empresa; mientras el sistema cumpla con los requerimientos
que le exige la empresa, la empresa no tiene razón para
cambiarlo por un más nuevo.
2.
CONCLUSIONES
Al analizar los resultados del estudio, se
observa un factor muy significativo: la tecnología usada
por las empresas de productos electrónicos en Mexicali,
B.C. es de buen nivel. La tecnología usada por las PI de
esta ciudad, es en su mayoría relativamente nueva,
teniendo buenas expectativas de crecimiento industrial. La
mayoría de las empresas utilizan maquinaría
bastante especializada de distintos proveedores internacionales
lo cual nos dio información acerca de las
tecnologías con las que contamos en Mexicali. Otro aspecto
de importancia observado fue conocer los criterios o tendencias
que las empresas siguen para remodelar sus sistemas. Para
terminar con los objetivos cumplidos, cabe mencionar que se
logró desmentir que el utilizar tecnología nueva,
no equivalente a tener éxito en una empresa, y un mejor
mayor rendimiento comparado con tecnologías de 20
años de antigüedad. El factor costo-beneficio tiene
un rol muy importante en este aspecto. Otro factor evaluado fue
el de conocer el grado de agresividad de la corrosión en
los conectores y conexiones de SC electrónicos, por
contaminación del aire o variaciones
climáticas.
3. REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS
1. Asociación de Maquiladoras en
Mexicali (AMAQ), Anuario estadístico, 2010.
2. George A., Hendrickson T.; Industrial
process effectively; McGraw Hill Ed., 2003.
3. Gómez U., Urrutia A.; La
efectividad industrial como una herramienta de alta
productividad; Ed. Trillas, 2005.
4. Torres A., Rodríguez J.
Yánez J.; Los procesos de manufactura industrial; Ed.
Oceánica; 2005.
5. Thomson R., Lirony A.; A brief history
of control Systems; Mc Graw Hill Ed., 2006.
6. Gutiérrez E., Espíndola
R.; La historia en el uso de los sistemas de control en plantas
industriales; Ed. Trillas, 2006.
7. Albertson T.; Use of control Systems in
the industrial plants; Smith Ed., 2002.
8. Loza Venegas, A. L., Talamantes Gomez,
D. P. (2009). Automatización y Control Para la
Manufactura, Ed. Oceánica.
9. Smith K., Durant R.; Comparative
analysis of manual and automatic operations in industrial plants;
Mc Graw Hill Ed., 2003.
Autor:
José M. González Clayton
1
Diego A. Millán Arce
1
Ángel R. Vega Matus
1
Asesorados por Dr. Gustavo López
Badilla 2
1 Alumnos de la carrera de
Ingeniería Cibernética.
2 Maestro de la carrera de
Ingeniería Cibernética.