Análisis operativo de sistemas de control en plantas industriales de Mexicali

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 estimulo 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 ayudo 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 mas de 20 anos, 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 mas del 50% de la productividad (Tabla 1).

Tabla 1. Eficiencia operativa (%) de SC en PI de Mexicali en 2010 (Promedio 5 maquinas).

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 mas 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 observo 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.

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.

Referencias bibliográficas

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 Clayton1,

Diego A. Millán Arce1,

Ángel R. Vega Matus1

Asesorados por

Dr. Gustavo López Badilla2

1 Alumnos de la carrera de Ingeniería Cibernética.

2 Maestro de la carrera de Ingeniería Cibernética.

Enviado por:

Gustavo López Badilla